Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thủy

ĐCTBK tàu thuỷ bằng đo dao động; việc phân tích dao động được tiến hành khithửnghiệmĐCTBKsuốtquátrìnhđibiểntheohaiphươngphápđokhácnhauđotheothờigianthựcvàđotheođịnhkỳ,thiếtbịđoFFT-2148an

Tổng quanvềgiámsátdaođộng

Thuậtngữvàkháiniệmcơbản

Daođộngcủamộtphầntử,hoặcmộtvậtthểlàsự chuyểnđộngcủanóquanhmộtvị trí cân bằng.

Dao động được diễn tả theo các hình thức chuyển vị, vận tốc hoặc giatốc[29,33].

Tronglĩnhvựckỹthuật,ởViệtNamthườngdùnghaikháiniệmrungđộngvàdaođộng,còntr ongtiếngAnhcóthuậtngữ"vibrations","oscillations",trongtiếngNgadùngthuật ngữ "vibrasii" hay

"Колебание" (dao động) là khái niệm chỉ sự dao dộng trong tiếng Việt, còn "vibrations" (rung động) trong tiếng Anh thể hiện ý nghĩa tương tự Trong ngôn ngữ Anh-Việt, "vibrations" thường đồng nghĩa với rung động hoặc dao động, phản ánh các dao động liên tục trong các hệ thống vật lý Hiểu rõ sự khác biệt này giúp nâng cao khả năng truyền đạt kiến thức về các hiện tượng dao động, rung động trong lĩnh vực vật lý và kỹ thuật.

Trong các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc tế [37÷80], khái niệm “vibration” được sử dụng nhiều hơn “oscillation”, trong khi tại Việt Nam, các tài liệu kỹ thuật chủ yếu sử dụng từ “đảo động” [4÷8,28÷30,33] Tuy nhiên, việc lựa chọn giữa “đảo động” hay “rung động” còn phụ thuộc vào quan niệm và thói quen của các nhà khoa học Ở Việt Nam, người ta thường dùng các thuật ngữ như “đảo động kỹ thuật”, “đảo động tự do”, “đảo động cưỡng bức”, “đảo động điều hòa”, “đảo động đa hài (đa điều hòa)” hơn là sử dụng từ “rung động” trong các trường hợp cụ thể.

Như vậy, "rung động" bao hàm nghĩa chung nhất khi nói về dao động, còn

Dao động thường được sử dụng để chỉ các dạng dao động cụ thể như dao động xoắn, dọc, ngang (DĐX, DĐD, DĐN), phản ánh các loại chuyển động rung lắc của cấu trúc hoặc thiết bị Trong lĩnh vực đóng tàu và kỹ thuật máy tàu thủy, thuật ngữ “rung động” hoặc “dao động” thường được hiểu như là các dạng dao động tương đương, liên quan đến các hiện tượng rung lắc gây ảnh hưởng đến hoạt động của tàu và thiết bị trên tàu Việc sử dụng chính xác các thuật ngữ này giúp nâng cao hiệu quả trong phân tích, thiết kế và vận hành các hệ thống hàng hải.

Trong đề tài luận án tiến sĩ này, cụ thể là vấn đề GSDĐ của ĐCTBK tàu thuỷ,nghiêncứusinh(NCS)chọndùngkháiniệmdaođộngvà

Giámsátkỹthuật(GSKT)làviệcthuthậpvàphântíchthôngtintrạngtháikỹthuật(TTKT)mộtcáchli êntục(hoặcđịnhkỳ)đểđánhgiáđốitượngđượcgiámsátnàođó,ởđâylàmáyrôto.GSKTđưarathôn gtinvềTTKTcủamáyđểcảnhbáosớmcáctrụctrặc,hưhỏngvàgiúpngườivậnhànhduytrìhoạtđộn gantoànchomáythôngquacácthôngsốđượctheodõi.Nhờđó,tacóthểtốiưuhóahiệusuấtcủamáy ,giảmchiphí.Đồngthời,giúpngườikhaithácthiếtbịchủđộngđưarabiệnphápđiềukhiển,phụchồi chứcnăngcôngtáccũngnhưkếhoạchkhaitháckỹthuậttốiưucủamáy.

Mục đích lớn hơn của GSKT là thực hiện chẩn đoán kỹ thuật (CĐKT) bằng tín hiệu dao động (vibro-diagnostics) Phương pháp này đo, thu thập và phân tích các đặc trưng của các tín hiệu dao động trong quá trình giám sát động bộ để xác định trạng thái kỹ thuật, tìm kiếm hư hỏng hoặc dự báo trạng thái kỹ thuật dựa trên các tín hiệu đo được Nhiệm vụ của CĐKT bao gồm chẩn đoán tình trạng kỹ thuật trong quá khứ hoặc hiện tại như nguyên nhân hư hỏng, đánh giá trạng thái kỹ thuật hiện tại, cũng như dự báo hư hỏng hoặc sự cố tương lai so với các đối tượng được giám sát.

GiámsátvàCĐKTmáylàmộtlĩnhvựcrấtrộngvớinhiềuthôngsốgiámsát,nhiềukỹ thuật chẩn đoán được dùng Để giám sát và chẩn đoán kỹ thuật máy có thể kết hợpđồngthờimộtsốphươngphápnhằmtăngđộtincậycủakếtquảchẩnđoán.Trongphạmviđềtàiluậná nchỉtậptrungvàogiámsátdaođộngcủaĐCTBKtàuthuỷ.

GSDĐmáyđượcthựchiệnquacácbước:Đo,lưutrữ,xửlý,chuyểnđổicácTHDĐthu được, so sánh với ngưỡng dao động cho phép cho đối tượng được giám sát để đưaracáckếtquảmứcdaođộngtạithờiđiểmgiámsát(trạngtháidaođộng,TTDĐ).

Trong GSDĐ, quá trình dự báo TTDĐ có thể giúp xác định ngưỡng an toàn của thiết bị và cảnh báo kịp thời để bảo vệ máy móc GSDĐ không xác định nguyên nhân các sự cố hay hư hỏng, mà nhiệm vụ này thuộc về chẩn đoán kỹ thuật, dựa trên các trạng thái kỹ thuật và đặc tính dao động TTDĐ đo được từ máy móc phản ánh trạng thái hiện tại của thiết bị và được sử dụng để so sánh với tiêu chuẩn an toàn mục đích cảnh báo và bảo vệ Các đối tượng nghiên cứu trong GSDĐ chủ yếu là dao động và các đặc tính phù hợp theo tiêu chuẩn, còn trong chẩn đoán kỹ thuật, các trạng thái và đặc tính của thiết bị chỉ là công cụ để thực hiện nhiệm vụ chuẩn đoán chính xác Chẩn đoán bằng dao động viết tắt là CDĐĐ, là phương pháp quan trọng trong việc xác định chính xác các trạng thái kỹ thuật của thiết bị.

Dao động và giản đồ độ dịch (GSDĐ) ngày càng nhận được sự quan tâm trong lĩnh vực kỹ thuật máy móc và thiết bị cơ khí, đặc biệt trong các ứng dụng liên quan đến tuổi thọ và hiệu suất của máy Trong thế kỷ XX, thế giới đã đặt ra nhiều vấn đề về đo lường, phân tích dao động và cân bằng động cho các máy rôto, nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả hoạt động Những năm sau đó, việc đo lường và phân tích GSDĐ trên các máy cơ khí, đặc biệt là máy rôto, trở thành tâm điểm nghiên cứu nhằm tối ưu hóa hoạt động và kéo dài tuổi thọ của thiết bị Gần đây, các nghiên cứu mới tập trung vào ứng dụng công nghệ cao trong đo lường dao động và phân tích GSDĐ, góp phần nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong kiểm tra, bảo trì các hệ thống cơ khí hiện đại.

GSDĐ máy nói chung và thiết bịtrêntàubiểnnóiriênglàmộtyêucầumớicủaHiệphộicácTổchứcĐăngkiểmquốctế(IACS)vàđược luậthóabằngQuyphạmcủacácthànhviêntừngquốcgia,vídụ:ĐăngkiểmViệtNam(VR)

Kiểm định Mỹ (ABS), Nhật (ClassNK), Nauy (DNV-GL), Anh (Lloyds) và Hàng hải Nga (RMR) là các quy trình đăng kiểm quan trọng đối với máy móc và thiết bị tàu biển Theo quy phạm của nhiều quốc gia, việc đăng kiểm này là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành cho tàu biển, trong đó có Việt Nam.

Giám sát dao động của máy có thể được thực hiện theo phương thức trực tuyến(on-line)hoặc ngoạituyến(off-line).

Thiết bị di động hiện đại phù hợp để áp dụng cho GSDĐ trên các máy rô to theo tiêu chuẩn ISO 10816 Tuy nhiên, để đo GSDĐ chính xác trên ĐCTBK tàu thủy, cần thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu nhằm tích hợp hiệu quả giữa thiết bị đo hiện đại và đối tượng ĐCTBK tàu thủy phức tạp.

Hệ thống giám sát cố định lắp đặt trực tiếp trên đối tượng cần theo dõi sử dụng thiết bị hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả giám sát các máy cơ khí trong GSDĐ Các cảm biến được lắp đặt cố định tại các vị trí phù hợp trên các bộ phận của máy, giúp thu thập dữ liệu chính xác và liên tục Dữ liệu thu thập từ cảm biến được truyền về bộ thu nhận và xử lý qua phần mềm tích hợp trong bộ xử lý trung tâm (máy tính), đảm bảo quá trình giám sát diễn ra chính xác và hiệu quả.

Nội dung của GSDĐ và chẩn đoán dao động có phạm vi rất rộng, tuy nhiên, phạm vi của LATS này tập trung vào nghiên cứu GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy trong thời điểm hiện tại Mục tiêu chính là đánh giá mức độ dao động hiện tại của thiết bị dựa trên các tiêu chuẩn đã được xác định rõ ràng.

Trênthếgiớiđãcócáchãngchuyênnghiêncứuchếtạothiếtbịvàcungcấpcáchệthốnggiámsát nhưBenltyNevada[49],Extech[96],Fluke[97] vànhiềunhàkhoahọcvới các hướng nghiên cứu về dao động, CBĐ, GSDĐ và CĐKT bằng dao động nhưAdams[37],Barcov[47,48],Charchalis[51÷53],Grzadziela[63÷66],McBrien[ 86],

Minchevvàcộngsựcủamình đãđặtracácbàitoándaođộngvàCĐKTbằngdaođộng từ những năm 1980, thể hiện rõ trong sách chuyên khảo [62] Các nghiên cứu đã tập trung vào chẩn đoán dao động của máy rôto và máy piston, đề cập đến mô hình toán và các dạng hư hỏng chính của các bộ phận quan trọng như cặp bánh răng và khớp nối hai trục Ngoài ra, các tác giả đã xây dựng các mô hình dao động dạng DĐX, dao động chung, cũng như dao động liên kết xoắn để phục vụ đề tài nghiên cứu liên quan đến cơ khí máy rôto, khí turbine.

Barcov và cộng sự đã thực hiện nhiều dự án chẩn đoán dao động trên tàu, đặc biệt là tàu quân sự tại thành phố Saint-Petersburg Các tài liệu chuyên khảo nhấn mạnh tầm quan trọng của GSDĐ, cũng như các bài toán cơ bản liên quan đến GSDĐ và CĐKT bằng dao động Tuy nhiên, các đặc thù riêng biệt cho giám sát và chẩn đoán dao động của ĐCTBK vẫn chưa được đề cập rõ ràng trong các tài liệu này.

Grządziela và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về dao động của ĐCTBK tàu thủy, phân tích các thông số dao động trong quá trình khởi động và hoạt động của các rôto Các kết quả nghiên cứu so sánh giữa mô hình tải trọng động sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và số đo thực tế trên các đối tượng nhằm đưa ra quyết định chính xác và chẩn đoán đúng tình trạng kỹ thuật của ĐCTBK Các nghiên cứu này đã được áp dụng cho các ĐCTBK trên tàu Hải quân Ba Lan, từ đó đánh giá được các giá trị biên độ dao động giới hạn cho ĐCTBK để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động.

Chương trình nghiên cứu tại Học viện Hàng hải Gdynia – Ba Lan đã tập trung vào chẩn đoán các thành phần của hệ động lực ĐCTBK tàu hải quân Ba Lan bằng phương pháp đo dao động, dựa trên lý thuyết và mô hình chẩn đoán qua phân tích dao động trong quá trình thử nghiệm Các dữ liệu đo đạc được thu thập với thiết bị FFT-2148 analyzer và phần mềm PULSE V9.0 của Bruel & Kjaer, giúp phân tích các đặc điểm dao động một cách chính xác Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn và mô hình động lực rôto để đánh giá sự mất cân bằng và lệch trục của hệ thống, tuy nhiên còn thiếu thông tin về kết cấu hỗ trợ cho mô hình phân tích phần tử hữu hạn Các kết quả xác định giới hạn dao động cho hai loại ĐCTBK chuyển dụng trên tàu của Hải quân Ba Lan, gồm cả các loại tàu hải quân Việt Nam, góp phần quan trọng trong quản lý giám sát mất cân bằng và xây dựng hệ thống giám sát ĐCTBK tàu thủy đặc thù.

McBrien và cộng sự đã công bố hệ thống GSDĐ cho các ĐCTBK dùng trên máy bay, tích hợp hệ thống giám sát dao động theo thời gian thực để đánh giá và dự báo tình trạng kỹ thuật của các ĐCTBK Phương pháp này bao gồm đo tham số của các thành phần quay bằng cảm biến dao động, chọn ổ đỡ cần giám sát, điều chế và chuyển đổi THDĐ thành dữ liệu phổ để so sánh với dữ liệu chuẩn Hệ thống giúp phát hiện nhanh chóng các vấn đề kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy và an toàn trong hoạt động bay của hệ thống điều khiển máy bay.

Cáccôngtrìnhkhoahọctrongnướcvàquốctếliênquanđềtàiluậnán

Hiện nay, chưa có tài liệu cụ thể và chi tiết về hệ thống đo và GSDĐ cho ĐCTBK tàu thủy cả trong nước lẫn quốc tế, do đó, cần tiến hành nghiên cứu để làm rõ các vấn đề liên quan đến đặc điểm động lực học của ĐCTBK tàu thủy Nghiên cứu này nhằm xác định cơ sở đo, biến đổi tín hiệu đo và hàm hoá các tiêu chuẩn áp dụng cho GSDĐ cùng với thuật toán, phương pháp thí nghiệm và mô phỏng nhằm xây dựng thiết bị đo, GSDĐ phù hợp theo quy phạm (ví dụ RMR, 2016).

Nghiên cứu phát triển hệ thống GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy là cần thiết theo quy phạm, nhằm nâng cao khả năng sẵn sàng chiến đấu và bảo vệ chủ quyền biển đảo của các tàu Hải quân trang bị ĐCTBK Việc này góp phần bổ sung, cải tiến thiết bị để kiểm soát tính an toàn, nâng cao hiệu quả sử dụng ĐCTBK tàu thủy, đồng thời tăng cường khả năng làm chủ công nghệ và hướng tới chuyển giao công nghệ phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.

Giám sátdaođộng trênđộngcơtuabinkhítàuthuỷ

Nguyênnhângâyradaođộngtrênđộngcơtuabinkhítàuthuỷ

Quy địnhvềGSDĐtrênĐCTBKtàuthuỷcủacáccơquanchứcnăng

IACS, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO), đã đưa ra các tiêu chuẩn về dao động và GSDĐ cho các nhà máy chế tạo động cơ và nhà máy đóng tàu Các tiêu chuẩn này đặc biệt áp dụng cho các máy móc chung và máy rô to, trong đó có ĐCTBK tàu thủy, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất của tàu Quy chuẩn này áp dụng cho các tàu mới đóng hoặc cải hoán, yêu cầu đo, kiểm tra theo các tiêu chuẩn về DĐX, DĐD, DĐN phù hợp với quy phạm.

QuátrìnhkhaitháckỹthuậtĐCTBKtàuthuỷ,mứcdaođộngcủaĐCTBKthườngtăng lên theo thời gian khai thác, do đó cần phải có thiết bị GSDĐ Trong quá trình bảotrì,sửachữaĐCTBKtàuthuỷcầnphảiGSDĐcácdạngdaođộngtrên.

TrongBảng1–Phụlục1tổnghợpcáctiêuchuẩnvềdaođộngvàGSDĐtheoQuyphạmcủaABS, DNV,NK,RMR,VR

[90]đưarađầyđủnhấtvềsốlượng,vịtrícácđiểmđo,tínhchấtchínhcủadaođộngvềdảitầnsốđocũn gnhưcácgiớihạnchophép.ChitiếtđượctrìnhbàycụthểtrongHình1,Bảng2-Phụlục1.

Giámsátdaođộngtrênđộngcơtuabin khítàuthuỷtạiViệtNam

Trong các lĩnh vực như hàng không và điện lực, các ĐCTBK sử dụng trên máy bay và trong nhà máy nhiệt điện đã được trang bị hệ thống giám sát dao động để đảm bảo an toàn vận hành Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị này vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài, với chi phí cao và gặp nhiều khó khăn trong bảo trì và khai thác.

Hiện nay tại Việt Nam, phần lớn các động cơ tàu thủy chưa được trang bị hệ thống giám sát động cơ tự động (GSDĐ), gây khó khăn trong việc đánh giá mức độ đảo động của động cơ trên tàu Việc theo dõi, đánh giá tình trạng của ĐCTBK chủ yếu dựa vào cảm quan của vận hành, mang tính kinh nghiệm và thiếu chính xác Các ĐCTBK được lắp đặt trên tàu thường đã qua quá trình cân chỉnh, tập trung vào điều chỉnh độ đồng tâm trục của động cơ với các thiết bị phụ trợ như hộp giảm tốc, trục chân vịt Hiện tại, Việt Nam vẫn chưa có cơ sở kỹ thuật nào đủ chuyên môn để tiến hành bảo trì, sửa chữa, căn chỉnh chính xác cũng như giám sát động cơ tàu thủy một cách chuyên nghiệp.

Gần đây, các tàu thủy Việt Nam được viện trợ nước ngoài trang bị hệ thống giám sát rung động trong hệ thống điều khiển giám sát hệ động lực tàu, sử dụng mô đun từ hệ động lực tua bin khí Tuy nhiên, hiện tại, các hệ thống này thường gặp phải tình trạng hỏng hóc và không hoạt động Việc sửa chữa và cải thiện hệ thống giám sát rung động (GSDĐ) cho tàu gặp nhiều khó khăn do thiếu thiết bị chuẩn bị và công nghệ phù hợp.

Nghiên cứu về dao động của ĐCTBK tàu thủy và xây dựng hệ thống GSDĐ cho ĐCTBK tàu thủy vẫn là vấn đề mới mẻ cần được chú trọng đầu tư thích đáng Việc này đặt ra yêu cầu nghiên cứu GSDĐ cho các ĐCTBK tàu thủy tại Việt Nam nhằm làm chủ công nghệ, cải tiến hệ thống cũ, xây dựng hệ thống giám sát hiện đại với chi phí hợp lý Điều này giúp nâng cao hiệu quả, đột phá, tính kinh tế trong bảo dưỡng và vận hành các ĐCTBK tàu thủy, đáp ứng mục tiêu quản lý tình hình kỹ thuật, đặc biệt trong các nhiệm vụ quốc phòng.

Xâydựng bàitoánchonghiêncứu

TrênHình 1.1thểhiện cácchứcnăngquátrìnhGSDĐtrên ĐCTBK tàuthuỷ.

Các nội dung chính trong quá trình GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy bao gồm việc đo đạc, thu thập dữ liệu các THDĐ cần giám sát, mô phỏng các dạng THDĐ, xử lý dữ liệu đo đạc, xác định các đại lượng và xây dựng các tham chiếu để hỗ trợ quyết định GSDĐ Việc đánh giá mức độ dao động và cân bằng của các rôto khi tàu hoạt động là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn của tàu thủy Để đánh giá chính xác trạng thái dao động của đối tượng, công tác đo đạc tín hiệu dao động phải được thực hiện cẩn thận, phân tích đặc trưng tín hiệu để từ đó đánh giá tình trạng hoạt động dựa trên các tiêu chuẩn phù hợp Tuy nhiên, thực nghiệm đo đạc trực tiếp đòi hỏi tổ chức phức tạp, chi phí cao và có nguy cơ hư hỏng thiết bị, đặc biệt là thiết bị quân sự Vì vậy, mô phỏng tín hiệu dao động là phương pháp tối ưu giúp hạn chế số lần thực nghiệm, chủ động tạo ra các thông số thử nghiệm phù hợp và giảm thiểu rủi ro Mô phỏng phải phù hợp với đặc điểm cấu tạo và điều kiện vận hành của đối tượng, dựa trên các đặc trưng tín hiệu đo được để đảm bảo tính thực tế Việc này giúp thử nghiệm, hiệu chỉnh, và hoàn thiện phần mềm giám sát dao động một cách hiệu quả, tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình nghiên cứu.

- MôhìnhhóavàmôphỏngcânbằngđộngrôtocủaĐCTBKtrênmáyCBĐ(giámsátmấtcânbằ ngđộngcủa các rôtoTBK trong lắpráp,sửachữa);

+Phântíchđặcđiểmcủađốitượnggiámsátvàcáctiêuchuẩn,quyphạm đểlựachọnvịtrí,phươ ngpháp,thiếtbịđodaođộngcủaĐCTBKtàuthuỷ;

Kếtluậnchương 1

Chương1làmrõmụcđíchýnghĩacủaGSDĐ,tầmquantrọngvàsựcầnthiếtcủaluận án GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ tại Việt Nam; tổng hợp và phân tích các nghiêncứu trong và ngoài nước về dao động và

Nghiên cứu tập trung vào xác định giới hạn và xây dựng nội dung nghiên cứu cho đề tài luận án về GSDĐ cho ĐCTBK tàu thủy nhằm nâng cao hiệu quả giám sát Các đề xuất bao gồm phân tích dạng dao động thẳng, ngang vuông góc với trục quay của roto, đặc biệt là dao động sinh ra từ mất cân bằng roto, nhằm kích thích dao động trên ĐCTBK tà thủy Đồng thời, đề xuất phương pháp giám sát dao động roto dựa trên mô hình hóa và mô phỏng số, giúp đánh giá mức độ dao động của roto khi hoạt động theo tiêu chuẩn và phạm vi phân cấp của tàu Ngoài ra, nghiên cứu còn đề xuất mô phỏng giám sát dao động roto trong trạng thái cân bằng động trên máy cân bằng động, qua đó phát triển phần mềm dựa trên nền tảng LabView, tích hợp thiết bị đo để giám sát hoạt động của máy khi vận hành thực tế trên tàu thủy.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIÁM SÁT DAO ĐỘNGTRÊN ĐỘNG CƠ TUABINKHÍTÀUTHUỶ

Môhìnhđộnglựchọcdaođộngcủađộngcơtuabinkhítàuthuỷ

2.1.1 Môhình động họccủaĐCTBKtàuthuỷ Động cơ tua bin khí tàu thuỷ thường sử dụng loại 2 hoặc 3 trục, trong đó các máynén được dẫn động bởi các tua bin thông qua trục máy nén – tua bin, tua bin công suấthay còn gọi là tua bin chân vịt thường có trục tự do (không lai máy nén) truyền độngqua các thiết bị hộp giảm tốc, ly hợp để dẫn động trục chân vịt tàu thuỷ Các trục nàyđượcđặttrêncác ổđỡvàổchặn.

BĐ- Buồng đốt; CV – Chân vịt; HS – Hộp số; MN – Máy nén; TB – Tua bin;TBCV–Tuabinchânvịt;

Mô hình động học của động cơ tua bin khí tàu thủy, được trình bày trên Hình 2.1, là mô hình động cơ tua bin 2 trục gồm trục máy nén - tua bin và trục tua bin chân vịt Mô hình này đóng vai trò làm cơ sở để xây dựng các mô hình dao động của tua bin khí tàu thủy, giúp phân tích và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Tuabin(Hình2.2,môhình1);Tuabin–Chânvịt(Hình2.3,môhình2).

Qua phân tích mô hình động học, có thể chỉ ra các dạng dao động chính đối vớiGTEdocáclực tác dụngtrêngâyra:

Dao động ngang xảy ra trên mặt phẳng vuông góc với trục z của động cơ quay, với trục y thẳng đứng hoặc trục x nằm ngang Hiện tượng này xảy ra dưới tác động của lực MCB, được quy đổi sang các gối đỡ theo các phương y hoặc x Hiểu rõ về dao động ngang giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ và đảm bảo độ bền của hệ thống.

- Daođộngdọc(trụcz,DĐD)theophươngdọctheotrụccủađộngcơ(trụcrôro),dướitácđộng củalựcsinhratừprofilecánhmáycôngtác(MN,TB,CV).

- Dao động xoắn(DĐX) trên các trục dưới tác động của các mô men xoắn đượctạoratừ độngcơ(TBKtàuthuỷ)vàmáycông tác(chânvịt).

Môhìnhdaođộng của độngcơtuabinkhí tàuthuỷ

Giả thiết rằng các rô to cứng tuyệt đối, được lắp các cánh máy nén và tua bin,môhìnhdaođộngngangtheophươngthẳng(phươngx,y)đượcxâydựng nhưHình2.4.

Trụcrôtođặttrênhaigốiđỡtráivàphải,cácgốiđỡnàyđượcđặttrênhaibệđỡ.Gốiđỡvàbệđỡ đềuđượcmôhìnhhóathànhcáccấutrúcđànhồi–cản,vớicáchệsốđànhồiC(N/m)vàhệsốcảnK(Ns/ m)[10,16,17].

Lựccưỡngbứcdocáccánhcôngtáccủamáynéncũngnhưtuabinsinhrabiếnđổituầnhoàntheoch ukỳmáylàmviệc,tầnsốlàbộisốcủasốcánhcủarôtođượcxét.Cácthànhphầncủalựccưỡngbứcchi ếulêntrụcthẳngđứng𝑃 𝑦 (𝑡)hoặctrụcnằmngang

Lực ly tâm mất cân bằng trên một mặt phẳng của rôto có độ lớn tỷ lệ thuận với mức độ mất cân bằng U = m.e và bình phương vận tốc quay ω² Véc-tơ mất cân bằng (U⃗, α) được xác định dựa trên vị trí lệch pha α so với trục x, phản ánh ảnh hưởng của độ lệch này đến lực ly tâm gây ra sự rung lắc và giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Như vậy, mất cân bằng quy đổi tại mặt phẳng 1 (hoặc 2), biểu diễn qua lực mấtcânbằng:

𝐹 𝑥 (𝑡)=𝐹 10(20) cos(.𝑡+𝛼 1(2) ) (2.4)Trongđó:𝐹 10(20) và𝛼 1(2)l à biênđộvàphacủalựcmấtcânbằngquyđổitạimặtphẳng1(hoặc 2).

Trênhình2.5alàsơđồphânbốlựctácđộngtừrôtocókhốilượngtậptrungtạimộtmặt phẳng nằm giữa hai gối đỡ trái (A) và và phải (B), các lực này được xác định theophươngtrình(2.5):

Sơ đồ phân bố lực tác động từ rôto có hai khối lượng tập trung nằm trên hai mặt phẳng song song giữa hai gối đỡ trái (A) và phải (B) thể hiện rõ các lực tác động trong hệ thống Các lực này được xác định theo phương trình (2.6), giúp phân tích chính xác tác động lực lên các thành phần của máy Việc hiểu rõ cách phân bố lực là yếu tố quan trọng trong thiết kế và kiểm tra độ bền của cấu kiện, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.

(B)làcácthànhphầnđiềuhòacótầnsốcưỡngbứctươngứnglà,Z1v àZ2đ ư ợ cmôhìnhhoá như(2.7)và(2.8)(chỉsố‘u’ký hiệucholựcmấtcânbằng):

(cáclựccưỡngbức𝐹 1𝐴và 𝐹 1𝐵 ược đỡ xácđịnhbởicôngthức(2.8),chỉsố‘1’biểuthịkhốilượngquyđổivềvịtrí củagốiđỡ).

(2.10) Đâylàcáchệtuyếntính,đượcgiảiđộclậpnhau.GiảthiếtđãbiếtngoạilựccưỡngbứcF 1A (t)hoặ cF1B(t)chúngtagiảiđượcnghiệmdaođộngtạinhánhgốiđỡA(gốiđỡvàbệ):XA=[x1A,x2A]T,cũngnhư nhánhgốiđỡB:XB=[x1B,x2B]T.Véctơ trạng tháiđượcviếtdướidạngchunglà:X=[x1,x2]T. Phươngtrình(2.11)làmôhìnhchungviếtdướidạngmatrậnchohệ(2.9)và(2.10):

Hệ phương trình 𝑀𝑋̈ + 𝐶𝑋 = 0 có nghiệm tự do dạng 𝑋 = 𝑋₀.e^{jλt}, trong đó 𝑋₀ là biên độ phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của hệ Tham số λ là tần số riêng, là nghiệm của phương trình −𝑀λ² + 𝐶 = 0, và vectơ nghiệm 𝜆₂ được biểu diễn qua phép tính 𝜆₂ = 𝑀⁻¹𝐶.

Sử dụng MatLab sẽ cho nghiệm tự do qua 2 câu lệnh: p poly(inv(M)*C));r=roots(p).

Phương trình (2.11) là tuyến tính, sử dụng nguyên lý xếp chồng để tìm nghiệmdướitácđộngcủatừngthànhphầncưỡngbứcđiềuhòariêngbiệt.Nghiệmcuốicùngsẽlàtổ ngcácnghiệmthànhphầnđiềuhòa.

𝑘 𝑘 𝑘 Đặt ma trậnmẫusố(𝑇𝑘) vàma trậnmẫusốbù𝑇 ∗ :

Hình2.6 SơđồđộnglựchọcDĐDcơhệMN–TB– Ổchặn Ởđây: m 1 ,m 2 ,m 3– khốilượngqui đổicủamáynén,tuabinvàổchặn.

𝐶 (1) – Độcứngkéo -nén (dọctrục)cho đoạntrụcgiữaMN– TB.

Xác định các hệ số của mô hình được thực hiện như sau Công thức xác định biếndạngđànhồi(theocôngthứcsau) tasuy ra hệsốcứngtươngđương.

Trênđoạntrụccócácđoạntrụcnốitiếpnhau,đồngtrụcvàcùngchịutácđộngcủalực kéo (nén) F Khi đó, độ biến dạng tổng∆𝑙sẽ là tổng của các biến dạng thành phần.Từđótacócôngthứctínhđộcứngquyđổitươngđương:

𝑚 Giảthiếtđộcứngkéo–néncủađoạntrụcgiữatuabinvàổchặnlà𝐶 (2) ,cònđộ cứngcủamàngdầutạiổchặnkýhiệu𝐶 (2) Đoạntrụcnàyvàgốichặnđượcmôhìnhhóavềmộ tkhốilượngthamgiadaođộngvớimộtbậctựdo.Độcứngtươngđương đượckýhiệu:𝐶 (2) = 𝐶 (2) ,tacó:

Nếucoiđoạntrụcrôtotuyệtđốicứngtheophươngdọc(Crấtlớn),khiđótathuđượcmô hìnhmộtbậctự dovớikhốilượngtươngđương là:

Trong bài viết, hệ số chịu xoắn C (kg·m²) và hệ số suất xoắn C (N/ rad) đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực kỹ thuật như sức bền vật liệu và cơ kỹ thuật Tác giả không trình bày chi tiết các công thức liên quan, nhưng giả thiết đã xác định được Mômen quán tính của khối lượng tập trung tại hai đầu phù hợp với các phương pháp kỹ thuật hiện đại.

J1và J2, đoạn trụcgiữa chúng có độ cứng xoắn quy đổi C Tại MMQTKL J1chịu tác động của mô mencưỡngbứcM1(t),tạiMMQTKLJ2chịumômencưỡngbứcM2(t).Hệsốcảnxoắntươngđốicủa đoạntrụckýhiệuK(Ns/m).

Khiđó,môhình daođộngxoắn2 bậctựdođượcviếtbởi hệphương trình(2.20):

𝐽 2 𝜑̈ 2− 𝐶(𝜑 1− 𝜑 2 )−𝐾(𝜑̇ 1− 𝜑̇ 2 )=𝑀 2 (𝑡) (2.20) Trừ từng vế hai phương trình trên cho nhau sau khi chia từng phần tử cho J1và

J2tương ứng với các phương trình, ta thu được phương trình dao động tương đối tươngđươngsau: Ởđây:

Trong hệ thống tuyến tính, nguyên lý xếp chồng được áp dụng để tính nghiệm khi ngoại lực cưỡng bức có thể phân chia thành tổng các lực cưỡng bức thành phần Phương pháp này dựa trên việc phân tích các lực (hoặc mô men) quy đổi F_e(t) tại (2.19) và M_e(t) tại (2.21), thành tổng các lực hoặc mô men điều hòa, có số lượng ₁, ₂, , _p, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và phân tích hệ thống.

Giả thiết biểu diễn các lực (mô men) cưỡng bức điều hòa bậc k,k=kvới biênđộ

Rkvà phak(rad) dưới dạng số phức Zf= af+i.bf, ở đó af= Rcos(kt+k), còn bf=Rsin(kt+k),hoặcdướidạngZfk= Rk𝑒𝑖( k t+ k )

Thay(2.23) vào(2.22),sau vàiphépbiếnđổi đơngiảntathuđược nghiệm:

H(𝑘)=c−(𝑘) 2 𝑚+id(𝑘). ĐặtXz=R𝑒𝑖- ẩncầntìm;Zf=R𝑒𝑖 -đãbiết.Nghiệmđượcxácđịnh:

2.2.4 Môhình daođộngbệmáy củađộngcơtuabin khítàuthuỷ Ở các mô hình trên, NCS đã phân tích và mô hình hoá các dạng dao động của cácthànhphầnquaycủaĐCTBKtàuthuỷ.Cácdaođộngxảyrachotừngphầntửnóiriêngvà cũng tác động tổng hợp lên thân của động cơ tua bin khí Dao động tổng hợp truyềnchobệđỡchungcủa độngcơ,chỉra nhưHình2.8.

MNTA MNCA TBCA TBTA TBCV

MNTA - Máy nén thấp áp; MNCA - Máy nén cao áp; TBTA - Tua bin thấp áp;TBCA-Tuabincaoáp;TBCV -Tuabin chânvịt(tuabincôngsuất);

S 1 , ,S 7 -Bệđỡ1, ,7trêncáctrục củađộng cơ tuabinkhí;P 1 ,P 2 -

TrongHình2.8,cáccụmrôtocủađộngcơtuabinkhí(MNTA–TBTA,MNCA

TBCA,TBCV)quayvớicáctốcđộkhácnhaulầnlượtlàω1,ω2,ω3.Cáclựctácđộnglêncácgốiđỡcủatừ ngrôto(cụmrôto)đượcxácđịnhtheocácmôhìnhtoántrongmục

2.2.1vàcácphươngtrình(2.5),(2.6). ỞđâyđểxâydựngmôhìnhchodaođộngtrênbệmáycủaĐCTBKtàuthuỷtacầnxácđịnhcáclực qui đổivềcácbệđỡcủa độngcơ.

P1t ớ icácổđỡS1,S2 ,S7;Llàkhoảngcáchgiữa2bệmáyP1v àP2. Lựccưỡngbứctácdụnglêncácbệmáylàtổnghợpcủacácđiềuhoàvớicáctầnsốω 1 ,ziω1, ω2,ziω2,ω3,ziω3( z i–sốcánhcủatầngicủarôtô).

Khixácđịnhđược lực quiđổivề bệmáytacómôhìnhtoán hệ daođộngcủa ĐCTBKtàuthuỷtrênbệmáytươngtự nhưởtrên.

Cơsởđovàbiếnđổitínhiệudaođộng

Hầu hết các phép đo dao động đều sử dụng cảm biến để tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với giá trị tức thời của dao động, dưới dạng chuyển vị, gia tốc hoặc vận tốc Tín hiệu này có thể được ghi lại để phân tích hoặc hiển thị sau đó Để có được giá trị dao động hoặc vận tốc chính xác, điện áp đầu ra cần nhân với hệ số hiệu chuẩn, dựa trên độ nhạy cảm biến và mức tăng của bộ khuếch đại và đầu ghi Phân tích dao động chủ yếu được thực hiện trong miền tần số, nhưng cũng có thể được thực hiện trong miền thời gian để phục vụ các mục đích khác nhau.

Dao động có chu kỳ được gọi là dao động tuần hoàn, là loại dao động lặp đi lặp lại theo cùng một chu trình Trong thực tế, các dạng dao động này thường gặp nhất trong các hệ thống vật lý và kỹ thuật Ngoài ra, các dạng tín hiệu dao động có thể được phân chia thành các loại có quy luật rõ ràng, như dao động xác định, hoặc các loại phức tạp hơn như dao động nhiễu loạn, không chính xác Hiểu rõ đặc điểm của dao động tuần hoàn giúp chúng ta phân tích và ứng dụng chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Dao động đo được bằng các cảm biến đo dao động đặt trên ĐCTBK tàu thuỷ làtổngcủacáctínhiệuhìnhsin,cóthểđượcmôtảnhư phươngtrình(2.28):

𝑉=𝑉 0+ ∑𝖺 𝑉 0 sin(𝑘𝜔𝑡 +𝛾 𝑘 ) (2.28) Ởđâymỗitínhiệuđiềuhòa(hìnhsin)cóbiênđộ V 0 ,tầnsố k  k vàgóclệch phabanđầu k

Hình 2.10 Các dạng sóng thời gian được đánh dấu với biên độ pk, pk-pk và

RMScủadaođộng[93] Ởđây:+ pk(peak)–làgiá trịtạiđỉnh;

+pk-pk–làđộlớngiữađỉnhtrên–đỉnh dưới;

TrongthựctếTHDĐthườngkèmtheonhiễu,phổbiếnlàdạngnhiễutrắng.Tínhiệun hiềuhàikèmtheonhiễuđượcbiểudiễn như phương trình(2.30).

Tín hiệu đo đạc trong hệ thống GSDĐ của ĐCTBK có thể có dạng chuyển vị, vận tốc hoặc gia tốc, tùy thuộc vào cảm biến được sử dụng Các tín hiệu này phản ánh chính xác trạng thái của hệ thống và được mô phỏng bằng các mô hình toán học đã xây dựng trong mục 2.2.1 Việc lựa chọn cảm biến phù hợp giúp đảm bảo đo đạc chính xác và tối ưu cho hệ thống điều khiển.

Trongthựcthế,THDĐcầnđophảiphùhợpvớitốcđộlàmviệccủađốitượngcầngiámsátnhằm đảmbảođộchínhxácvàlượngthôngtincầnthiết,chúngtacầntínhtoáncụ thể về số lượng mẫu, tần số trích mẫu Các hướng dẫn và qui định cụ thể về vấn đềnàyđượctrìnhbàytrongcáctiêuchuẩn,quyphạmvềgiámsátdaođộngmáyrôto(TiêuchuẩnISO133 73-2)[79].

Hệ thống xử lý tín hiệu từ các cảm biến thường sử dụng hệ thống tương tự hoặc kỹ thuật số, với các thành phần như bộ lọc, bộ khuếch đại, bộ ghi và bộ tích hợp để điều chỉnh tín hiệu mà không làm thay đổi đặc tính của nó Hiện nay, công nghệ số hóa giúp chuyển đổi tín hiệu analog thành dạng số nhờ bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số (ADC), với tốc độ mẫu dữ liệu cao như bộ DAQ NI 9234 có thể lấy mẫu tới 51.200 mẫu mỗi giây, nâng cao khả năng phân tích và xử lý tín hiệu chính xác hơn.

Các kênh và chương trình theo học trên máy tính cho phép lọc, tích hợp, tìm phổ, phát triển các biểu đồ hoặc thực hiện các yêu cầu khác về xử lý dữ liệu số Tín hiệu số hóa có thể được biểu diễn dưới dạng thời gian, giúp phân tích dễ dàng hơn Tín hiệu tự nhiên và tín hiệu số hóa đều dựa trên các nền tảng phù hợp với mục tiêu và dữ liệu phân tích Khả năng xác định độ nhạy của tín hiệu là yếu tố quan trọng, dựa trên tỷ lệ của giá trị điện áp đo được so với cường độ thực tế của thông số Để phân tích thành công, tín hiệu cần đủ mạnh và có ý nghĩa, trong khi phải tránh nhiễu lớn gây méo tín hiệu, đặc biệt là tại các đỉnh tín hiệu.

Trong quá trình số hóa, các thông số quan trọng nhất bao gồm tốc độ lấy mẫu và độ phân giải, yêu cầu tần số lấy mẫu phải lớn hơn gấp đôi tần số cao nhất cần đo để đảm bảo chính xác Các bộ lọc được sử dụng để loại bỏ nhiễu tần số cao hoặc các thành phần tần số cao hơn một nửa tần số lấy mẫu, giúp nâng cao độ chính xác của dữ liệu số hóa.

Các tài liệu tiêu chuẩn và hướng dẫn biến đổi tín hiệu [78,83] yêu cầu tần số lấymẫutiêuchuẩnf Scho cácTHDĐđượcxétphụthuộcvàotầnsốbậccaonhấtf kcần giámsátcủa thiếtbị theobiểuthức:

Vídụ:TốcđộlàmviệccủarôtoĐCTBKlàn.000rpmhayf%0Hz,bậctầnsốcaocầnxem xétk,khiđótầnsốlấymẫukhiđoTHDĐcầnlấylàf S= 2*10*250

Dải tần số đo còn phụ thuộc vào loại cảm biến dao động được sử dụng Theo tiêu chuẩn ISO 133173, dải tần số khi đo dao động bằng cảm biến chuyển vị giới hạn từ 1Hz đến 2kHz, trong khi cảm biến ngành nghề có phạm vi từ 0,1Hz đến 30kHz Đối với đánh giá dao động của ĐCTBK, tiêu chuẩn ISO quy định dải tần số từ 5 đến 500Hz cho đo dao động chuyển vị và từ 10 đến 2000Hz cho đo dao động vận tố, trong đó tần số đo lớn hơn 6 lần tần số của trục động cơ [72,74] Ngoài ra, Quy phạm Hàng hải Nga RMR-2016 quy định dải tần số giảm sát dao động cho ĐCTBK tàu thủy từ 1 đến 8000Hz [90], phù hợp với các yêu cầu kiểm tra độ ổn định và an toàn của thiết bị.

Tín hiệu đo được từ cảm biến dao động thường cần thực hiện các biến đổi ban đầu để tối ưu hóa mức điện áp ghi lại hoặc loại bỏ nhiễu và các thành phần không mong muốn Để thực hiện GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy theo tiêu chuẩn [78,79], tín hiệu cần được biến đổi về dạng phù hợp theo thời gian hoặc tần số, như Peak–Peak hoặc RMS Ngoài ra, việc sử dụng các bộ lọc giúp loại bỏ nhiễu và dao động tần số cao, đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo.

Tạithờigianthực,tínhiệubiểudiễnsựbiếnthiên,vàdùnggiámsátthôngthườngtheomức độdaođộngtrung bìnhcácbìnhphương.

TheoRMR(2016),THDĐđượcxửlý(biếnđổi)thôngquaphéptoánFFTvàlọc1/3octav e theogiátrịRMScủatínhiệu[90]. a FFTvàphântíchbậcđiềuhòa(OrderAnalysis)

Sử dụng FFT kết hợp bộ lọc số giúp biến dữ liệu THDĐ thành dạng phổ tần số, từ đó phân tích các đặc tính dao động như biên độ, công suất và pha theo tần số Phương pháp này cho phép đo lường chính xác các đặc trưng của dao động trong hệ thống điện Kết quả thu được hỗ trợ trong việc đánh giá hiệu quả và độ ổn định của các thiết bị điện theo yêu cầu của các bài toán VM.

ThuậttoánFFT dùngchodãysốcókíchthước làN=2 k b PhépbiếnđổiFFTsửdụngbăngthông1/3octave

Octave là công cụ toán học mạnh mẽ được sử dụng phổ biến trong biến đổi tín hiệu âm thanh và dao động, giúp phân tích tần số một cách chính xác Các tiêu chuẩn quốc tế IEC 1260:1995 và ANSI S1.11-2004 định rõ cách tính tần số trung tâm \( C_c \) của các tần số thấp và cao (Hz) đối với bộ lọc 1/3 octave Những tiêu chuẩn này đảm bảo độ chính xác và nhất quán trong đo lường, phân tích âm thanh và các ứng dụng kỹ thuật liên quan.

Dựa vàotiêu chuẩn trên, cáctầnsốđó được đưaratheobảng, tínhtrungbìnhcho1/3octave:[0.891,1.122]f C ,dùngnộisuytuyếntínhnhư trong bảng2.1.

Trongđó: X–kíhiệumứcA,BhoặcC; i – chỉ số của tần số trung bình;S–chuẩn(standard); δ=f-f H (i); a=𝐿 (𝑖+1) 𝑆(𝑋) −𝐿 (𝑖) 𝑆(𝑋) ; b=F L (i+1)-F H (i).

2.3.4 Quanhệgiữachuyểnvị,giatốcvàvậntốcdao động

Dao động đo được có thể ở dạng chuyển vị, vận tốc hoặc giật tốc, và các dạng THDĐ này có thể được xác định chính xác bằng các phương trình toán học để biến đổi sang dạng khác thông qua phép toán như phân tích hoặc tích phân Các dạng THDĐ không xác định rõ ràng (ngẫu nhiên) khi áp dụng các phép toán này thường cho kết quả không chính xác cao, do đó, ta nên sử dụng phép biến đổi FFT để chuyển đổi THDĐ và áp dụng các phép toán thích hợp như nhân lần lượt với các cosin để phân tích rõ hơn đặc trưng của dao động.

Trong bài viết này, công thức mô tả tốc độ của hệ thống là V = V₀ + Σₘ V₀ sin(kωt + γₖ) + η(t), thể hiện rằng THDĐ có nhiễu nguồn dạng vận tốc, tuần hoàn và nhiều hài với mức nhiễu Ar từ 0,5% đến 5% Điều này cho thấy, hoàn toàn có thể biến đổi THDĐ từ dạng tốc độ sang dạng chuyển vị hoặc gia tốc theo phương pháp đã trình bày Các đại lượng đặc trưng của THDĐ đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và đánh giá chất lượng hệ thống, giúp xác định mức độ ảnh hưởng của nhiễu nguồn đến hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Các dạng tín hiệu còn lại được xác định dựa trên vận tốc theo định nghĩa hoặc thông qua biến đổi FFT để xác định hệ số chuyển đổi cho biên độ và pha tương ứng Vận tốc pha sớm hơn so với chuyển vị một góc π/2, trong khi vận tốc chậm pha so với gia tốc cũng lệch một góc π/2 Theo tiêu chuẩn ISO, tín hiệu đánh giá dao động dựa trên vận tốc và gia tốc thường lấy giá trị RMS; trong đó, giá trị RMS của gia tốc còn được gọi là THDĐ, với chuyển vị lấy giá trị lớn nhất trong khoảng pk–pk [71,73].

Tín hiệu dao động đo đạc được ở dạng giá trị RMS vận tốc trong miền thời gianthực,xácđịnh theo biểuthức(2.47).

+v j -vậntốc,tính theoRMS ởtần sốf j ,mm/s;

Phương pháp 1 Dùng FFT để có được các tính chất quan trọng và khử nhiễu quacắtbỏđicáct hà nh phầncótầnsốđượcxemlàgầnvớinhiễu(bậc cao),dùngcôn gthức(2.50).

Cơsởgiám sátdaođộngtrênđộngcơtua binkhítàu thuỷ

GiámsátdaođộngtrênĐCTBKtàuthuỷnhằmkhaitháchợplývàđảmbảoantoànch o ĐCTBKtàuthuỷnhưtrênHình2.12. Đồng thời, giám sát dao động có thể dự báo về chiều hướng mức THDĐ thay đổicủathiếtbịnhưtrênHình2.13.

CácTHDĐ(dạngcụthểcủadaođộng)trênĐCTBKtàuthuỷcầnđượcxácđịnhcụthểvềsốlượng ,vịtríđogiámsátđểđưarayêucầuthiếtkếthiếtbịđotươngứng.VMcầnđược thực hiện theo yêu cầu đưa ra bởi các tổ chức tiêu chuẩn về dao động của quốc tế(ISO,API),cácquyphạm,quychuẩncủatừngnước,cũngnhưcủaViệtNam.

Bảng 2.2 Các vấn đề về khoa học cần giải quyếtchoGSDĐtrênđộngcơtuabin khítàuthuỷ

Theo các tiêu chuẩn, quy phạm được áp dụngchođốitượng

4 Đơnvịđo theotiêuchuẩn EU(đơnvịkỹthuật)hoặc dB

6 Lọctínhiệu Cácbộlọctrongmiềnthờigian,miềntầnsố;Lọcth eodải tầnsốtrungbình(1/3Octave)

Bảng 2.3 Các vấn đề về công nghệ cần giải quyết cho

1 Cảmbiến:kiểuloại,sốlượng,đặcđiểm ThiếtkếnhiệmvụđovàGSDĐ

Các THDĐ được đo thế nào, bằng thiết bị gì và cách xử lý ra sao cần được trình bày rõ ràng dựa trên cơ sở khoa học, bao gồm các mô hình toán học, phương pháp giải và thuật toán xử lý Đồng thời, cần xác định rõ cơ sở công nghệ liên quan như công nghệ điện tử, truyền thông cho thiết kế phần cứng và phần mềm để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong giám sát dao động trên ĐCTBK tàu thủy Các nội dung và nhiệm vụ xây dựng cơ sở khoa học và cơ sở công nghệ nhằm giám sát dao động trên ĐCTBK tàu thủy đã được tổng hợp và trình bày tại các bảng 2.2 và 2.3.

TronglĩnhvựcphântíchvàGSDĐmáymộtloạtcáctiêuchuẩnđãđượcpháttriểnvàbanhànhb ởiISO(đượcthốngkêtrong[80]).Từđó,nhiềunướccũngcóriêngcáctiêuchuẩn về dao động và GSDĐ, trong đó có Việt Nam Dưới đây trình bày một số tiêuchuẩn,quyphạmquantrọngliênquantớiphântích,GSDĐcủaĐCTBKtàuthuỷ. a Cáctiêu chuẩnquốctếdùngđểđánhgiámứcdaođộng

Tiêu chuẩn này mô tả các yêu cầu chung trong việc đánh giá và đo đạc dao động của máy bằng phương pháp đo dao động trục động cơ turbine khí Hướng dẫn áp dụng các tiêu chuẩn cho độ dao động của trục phù hợp với vòng bi trong tuabin khí hoạt động bình thường Các vùng giới hạn nguy hiểm dựa trên mức dao động của động cơ turbine khí được phân thành bốn khu vực khác nhau để đảm bảo an toàn vận hành.

Vùng A: Vùng dao động của máy mới được đưa vào hoạt động thường.VùngB:Vùngdaođộngchophépmáy hoạtđộnglâudàikhông bịhạnchế.

Vùng C là khu vực có dao động không cho phép máy hoạt động liên tục trong thời gian dài, chỉ cho phép vận hành trong một khoảng thời gian giới hạn Trong quá trình vận hành, cần thường xuyên theo dõi để đảm bảo máy hoạt động ổn định và an toàn Khi máy kết thúc phiên làm việc, phải tắt máy đúng quy trình để tránh sự cố và đảm bảo tuổi thọ thiết bị Việc tăng cường theo dõi và xử lý kịp thời là cần thiết để khắc phục các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành tại vùng C.

Vùng D: Dao động máy trong vùng này thường được coi là đủ nghiêm trọng đểgâyhư hỏngchomáy.

Các giới hạn dao động cho các ranh giới giữa các vùng cung cấp các hướng dẫnđểtránhcác thiếusótcơbảnhoặccácyêucầukhôngthực tế.

Giá trị mức cảnh báo "ALARM" nên nằm trong khoảng lớn hơn 25% giới hạn mức B và thấp hơn giới hạn mức C để đảm bảo an toàn Trong khi đó, mức nguy hiểm "TRIP" cần giảm hoặc dừng để tránh các rủi ro, có thể nằm trong vùng từ D trở đi Việc thiết lập các ngưỡng này giúp duy trì hoạt động an toàn và kiểm soát tốt các tình huống khẩn cấp trong hệ thống.

Hình 2.14 Giá trị khuyến cáo cho chuyển vị lớn nhất của trục là hàm số theo tầnsốquaycủađộngcơtuabinkhí [72].

-BộtiêuchuẩnISO10816- Đánhgiádaođộngmáybằngcáchđotrêncácphầnkhôngquay(phần 1- Hướng dẫn chung; phần 4 - Tuabin khí đặt trên ổ đỡ bôi trơn bằng màngchấtlỏng-ổđỡtrượt) [73,74].

Tiêuchuẩnnàycungcấpcácmôtảvềcácyêucầuchungvàcáctiêuchícụthểchoviệcđánhgiádao độngcủamáybằngphươngphápđodaođộngtrênvỏhoặcbệđỡcủađộngcơtuabinkhí.Theođó,vi ệcđánhgiácácdaođộngdựatrêncácnguyêntắcsau:

C h u yể n vị ru n gđ ộ n gc ủ at rụ cp ea k- p ea k, ( μm m )

Trong một số trường hợp, tốc độ dao động thể hiện mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng của dao động đối với hoạt động của máy móc Tuy nhiên, việc chỉ dựa vào giá trị giới hạn duy nhất của tốc độ dao động có thể gây nguy hiểm, vì máy móc có thể gặp phải các trạng thái vượt quá giới hạn an toàn về gia tốc hoặc chuyển vị, mặc dù tốc độ vẫn nằm trong giới hạn cho phép Do đó, phương pháp chuẩn của phép đo dao động vận tốc thường bao gồm các dạng biểu diễn như hình 2.15 để đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình vận hành và kiểm tra máy móc.

Hệsốphụthuộcvàođườngbaocủacácvùng A,B,C,D. k, m – các hệ số phụ thuộc kiểu loại máy.f–tầnsốcủaTHDĐ được đo; f z =f w =fk h i f≥f y hoặcf≤f x ;f z =f x ;f w =f y k h i f x ≤f ≤f y

Ranh giới giữa các vùng được xác định dựa trên giá trị RMS dao động vận tốc trong khoảng tần số 10 Hz đến 500 Hz hoặc lớn hơn 6 lần tần số lớn nhất của trục động cơ Phương pháp này giúp phân chia các vùng một cách chính xác dựa trên mức độ dao động của hệ thống, đảm bảo hiệu quả trong phân tích động lực và chuẩn đoán kỹ thuật Việc xác định ranh giới bằng giá trị RMS dao động vận tốc là bước quan trọng để đánh giá mức độ ổn định và an toàn của các thiết bị cơ khí, đồng thời nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành.

Tiêu chuẩnISO 1940- Dao động cơ học - Yêu cầu chất lượng cân bằng cho rôtoởtrạngtháikhôngđổi(cứng)[76,77]. e per ,g.mm/kg n,v/ph

Bộtiêuchuẩnnàycungcấpcáchướngdẫncụthểđểxácđịnhlượngmấtcânbằngdưchophéptr ongthựchiệncânbằngcácrôtocủaĐCTBK(Phần1- Đặcđiểmkỹthuậtvàxácđịnhdungsaicânbằng;Phần2-Lỗicânbằng).

Theođólượngmấtcânbằngdưriêngchophépe perp h ụ thuộcvàotốcđộlàmviệcvà mức chất lượng cân bằng của từng loại máy quay nhưHình 2.16 Mức cân bằng sửdụngchocácđộngcơtuabinkhí làG2.5. c TiêuchuẩnISOdùngchohệthốngđovàgiámsátdaođộng

-Tiêu chuẩnISO 10817- Hệ thống đo dao động trục quay(Phần 1: Cảm biếntươngđốivàtuyệtđốicủa daođộnghướngtâm)[75];

- Tiêu chuẩnISO 13373: Giám sát tình trạng và chẩn đoán tình trạng dao độngcủathiếtbị(Phần1:Quytrìnhchung;Phần2:Xửlý,phântíchvàtrìnhbàydữliệudaođộng;Phầ n3:Kỹthuậtchuẩnđoán)[78,79].

Bộ tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn chung về chức năng đo lường, thu thập dữ liệu để đánh giá, giám sát và chẩn đoán tình trạng dao động của máy móc Nó mô tả các kỹ thuật thu thập dữ liệu, vị trí lắp đặt cảm biến, nguyên nhân phổ biến gây ra sự cố liên quan đến dao động, cũng như các phương pháp xử lý dữ liệu theo thời gian, tần số, chuyển đổi, lọc tín hiệu, phân tích THDĐ, hiển thị dữ liệu và ứng dụng kết quả phân tích để chẩn đoán chính xác Tiêu chuẩn còn đề cập đến API liên quan, giúp giám sát dao động hiệu quả và nâng cao độ tin cậy trong quá trình kiểm tra, bảo trì thiết bị.

Tiêu chuẩn API Std 616 - Gas Turbines for the Petroleum, Chemical, and GasIndustryServices(4.7-Dynamic)[46].

TiêuchuẩnnàyhướngdẫnmứcdaođộngvàCBĐchoĐCTBKtàuthuỷ.Cáctiêuchíđánhgiá cơbảndựa trêncác tiêu chuẩn quốc tếđãtrìnhbàyởtrên. e BộtiêuchuẩnViệtNamvề daođộngmáy [4-8]

- TCVN 6371:1998: Dao động cơ học của các máy quay lớn có tốc độ từ 10 đến200vòng/giây –Đovàđánhgiácườngđộdaođộngtạivịtrílàmviệc;

- TCVN9224:2012: Daođộng vàvađậpcơhọc- Gálắp đầuđogiatốc;

TCVN 9229:2012, tương đương với tiêu chuẩn ISO 18016-3, quy định phương pháp đánh giá dao động của máy móc qua việc đo trên các bộ phận không quay Tiêu chuẩn này gồm Phần 1 hướng dẫn chung và Phần 3 dành cho các máy công nghiệp có công suất danh nghĩa trên 15 kW và tốc độ danh nghĩa từ 120 vòng/phút đến 15.000 vòng/phút, đặc biệt trong điều kiện vận hành hiện trường.

Các tiêu chuẩn của Việt Nam cơ bản được xây dựng từ các bộ tiêu chuẩn quốc tếđãtrìnhbàyở trên.

Nhiều cơ quan chuyên môn về đăng kiểm tàu biển như ABS (Mỹ), NNK (Nhật Bản), DNV-GL (Na Uy), Lloyd’s (Anh) và RMR (Nga) đã đưa ra các quy phạm liên quan đến chấn động động và giám sát dao động tàu biển, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn và hiệu suất hoạt động của phương tiện trên biển.

Các yêu cầu về giám sát trong các quy phạm của từng cơ quan chủ yếu dựa trên tiêu chuẩn ISO, tuy nhiên, do đối tượng chủ yếu là các động cơ nằm trên tàu thủy Việt Nam (thuộc các động cơ của các nước trong khối Liên Xô cũ), luận án sẽ lựa chọn quy phạm đăng kiểm của Nga RMR để làm cơ sở phân tích, mô phỏng và xây dựng hệ thống GSDĐ Các thông số dao động tiêu chuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ và phát triển hệ thống giám sát phù hợp.

- Giátrịcănbậchaitrungbình(RMS)củadao độngvậntốcđượcđovàxửlýqua1/3- octavelàthôngsốdaođộngcơbản.Ngoàira,cóthểsửdụnggiátrịRMSdaođộnggiatốc đểđovàgiámsát.

- Biểudiễndaođộngtheođơnvịkỹthuật(EU,mm/s,m/ s 2 )hoặcdB,theocácgiátrịgiớihạnvậntốchoặcgiatốc(vậntốcgiớihạnchuẩn,v e0 =5.10-5mm/ shoặcgiatốcchuẩn,v a0 =3.10-4m/s2),theocôngthức(2.53):

𝑣 𝑒0 b Giới hạn các mức (vùng)daođộngđốivớiđộng cơtua bin khíBa vùng giới hạn dao động cho động cơ tua bin khí tàu thuỷ [90] là:A–TTKTcủamáyvàthiếtbịsauchếtạohoặcsửa chữa;

(2.53) Đối với ĐCTBK tàu thuỷ, các mức giới hạn theo giá trị RMS của dao động dạngvậntốcvàgiatốcchophéptheoRMR(2016)

HệthốngtựđộngGSDĐchoĐCTBKtàuthuỷđượcđềxuấttrêncơ sởcôngnghệđiệntử–truyền tinhiện đại,cáckhốichínhnhư đãthểhiệntrênHình 2.18.

S p - Cảmbiếntốcđộ,đovậntốcquaycủatrục rôto;DAQ-Bộthuthập,chuyển đổi,đồngbộ hoádữ liệu;CPU -Bộxửlý trungtâm(CentralProcessing Unit);

VDMS-Phầnmềm giámsát,chẩnđoán dao động

Cáckhốiđượcxâydựngtheo môđun,chuẩncôngnghiệp,đápứngnhiệmvụtựđộngđo,truyềntin,xửlýthôngtintheothuậttoán,đầurầikếtquảgiám sátvà chẩnđoán TTKTcủa ĐCTBK Hệ thống còn có khả năng báođộngkhiđối tượngcó mứcdaođộngvượtquáquyđịnh, đảmbảotrạngthái vận hành antoàn, tin cậy.

Thiết bị được lắp đặt tĩnh tại trên ĐCTBK hoặc có thể là hệ thống di động (xáchtay),dongườivậnhànhchuyểntừnơinàyđếnnơikháctùythuộcvàomụcđíchcủabàitoángiá msát,chẩnđoánđặtra.

Dòng thông tin trong GSDĐ trên ĐCTBK tàu thuỷ (Hình 2.19) có các điểm được“đánhdấu”1,2, ,5làcácmốcthayđổidạngtínhiệu.

Hình2.19.Nguyênlý dòngthôngtin trong GSDĐtrênĐCTBKTT[15]

Trêncơsởcácyêucầuvềđo,xửlýtínhiệu,cấuhìnhcủahệthốngGSDĐchoĐCTBKtàuthuỷ cầnđượcxâydựngsaochotốiưunhấtvềmặtsốlượngvàchủngloạicủacácđầucảmbiếndaođộng, củabộDAQ,cấuhìnhcủaCPUvàtổngthểhệthốngtruyềnthông.

Các dao động được đo bằng cảm biến đặt tại phần cố định trên bề mặt của ĐCTBK tàuthuỷ, giúp dễ dàng triển khai và có nhiều phương án lựa chọn Có thể lắp đặt cố định trên máy sử dụng vít để cố định các đầu cảm biến hoặc dùng đế nam châm để thuận tiện trong quá trình lắp đặt Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp dựa trên tiêu chuẩn về tín hiệu giám sát, dải tần số đo, độ nhạy, và điều kiện môi trường làm việc như nhiệt độ, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt cảm biến Với tốc độ vận hành hàng chục nghìn vòng/phút của ĐCTBK tàuthuỷ, cảm biến gia tốc hiện đại có nhiều ưu điểm vượt trội trong việc đo đạc và giám sát dao động của hệ thống.

Vị trí bố trí cảm biến đo dao động có thể tại ổ đỡ của các rô to động cơ tuabin khí hoặc trên bệ đỡ của động cơ, tùy thuộc vào phương án lựa chọn Ưu điểm của việc đặt cảm biến tại từng ổ đỡ là mô hình toán đơn giản, xử lý tín hiệu dễ dàng, độ chính xác cao, phù hợp cho phân tích chẩn đoán; tuy nhiên, nhược điểm là số lượng cảm biến lớn, khó bố trí và triển khai thực tế, đặc biệt tại những vị trí có nhiệt độ cao đòi hỏi cảm biến phù hợp Trong khi đó, bố trí cảm biến trên bệ đỡ giúp đơn giản hoá cấu hình hệ thống, giảm chi phí và thuận tiện lắp đặt cho các hệ thống giám sát di động, nhưng lại phức tạp hơn trong mô hình toán, mô phỏng, lập trình và phân tích tín hiệu Mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng, đòi hỏi thiết kế phù hợp với mục đích và yêu cầu giám sát dao động của động cơ khí.Theo quy chuẩn của Nga, các cảm biến đo dao động nên đặt tại các bệ đỡ động cơ và ổ đỡ của bộ truyền động để đảm bảo chính xác và hiệu quả giám sát.

Cảm biến đo vận tốc góc của trục rô to dùng quang hoặc điện - từ Nếu điều kiệnkhôngchophéplắpđặtcảmbiếnriêngtrênĐCTBK,cóthểlấytínhiệuđotốcđộquaytừcácđồnghồhi ểnthịtốcđộtrênhệthốngđiềukhiểngiámsátchungcủađộngcơ.

BộthuthậptínhiệuDAQcầnđảmbảocóđủsốkênhđểkếtnốicáccảmbiến.Tầnsốtríchmẫucủa DAQphảiđảmbảotheoyêucầudảitầnsốđượcgiámsátchoĐCTBKtheo các tiêu chuẩn, quy phạm đã nêu cũng như bảo đảm độ chính xác từ FFT các tínhiệucủadaođộng.

NI9234đạt51,2kHzcho1kênh.Vớicấuhìnhtrêncủabộthuthậpdữliệu,tacóthểđưaratínhiệuđovà phântíchFFT,vớitầnsốcủatínhiệu25,6kHz,trongkhiđóphổtầncaonhấttheotiêuchuẩndaođộngđ ãđượcphântíchởtrênmàQuyphạmtàubiểnNga(RMR-2016)[90]đưaralà8kHz.

= 200 Hz Tốc độ trích mẫu nếu đặt Fs= 20 kHz, thời gian quay một chu kỳ (1 vòng,360o)Tc= 1 / 2 0 0(s)=5mms,sẽtríchđược sốlượngmẫu:

#S=Tc/dt= F s/fc 000/2000(mẫu,samples). ĐộchínhxáccaocóthểđạtđượckhibiếnđổiFFTvàchotađiềuhòacaonhấtbậc#S/2P,tương ứngvớitầnsố50x200000HzkHz.

Chọn DAQ 9234 để thu thập tín hiệu cho hệ thống giám sát giúp ứng dụng hiệu quả cho các đối tượng ĐCTBK tốc độ cao, với vòng/phút khoảng 30.000 đến 40.000 Để xây dựng phần mềm giám sát và chẩn đoán dao động (SVDM), cần phát triển thuật toán dựa trên lý thuyết thống kê, xử lý biến dạng hài tổng cộng (THDĐ), kết hợp phân tích FFT với lọc 1/3-Octave nhằm nâng cao độ chính xác và độ tin cậy trong giám sát thiết bị.

Phần mềm ứng dụng LabView có nhiều chức năng tiện ích cho chế tạo máy đo,giámsátcácquátrìnhvậtlýthựccũngnhư cácthiếtbị ảo(môphỏng)[99].

Phần mềm Matlab là công cụ lập trình toán học mạnh mẽ, hỗ trợ xử lý dữ liệu và phát triển các thuật toán phức tạp Các kết quả lập trình trong Matlab được lưu dưới dạng các file m.file, có thể dễ dàng chuyển sang phần mềm LabView thông qua mô-đun MathScript trong LabView, giúp tích hợp và mở rộng chức năng của hai nền tảng này.

Đánhgiáđộtincậycủadữliệuđo(môphỏng)vàxâydựngmôhìnhhồiquy

Saisốcủatínhiệumôphỏngcóthểxuấthiệndonhiềunguyênnhânnhưsaisốmôhình,saisốthuậ ttoángiảinghiệm,saisốbiếnđổitínhiệu Hoànthiệnmôhình,tốiưuhoáthuậttoán, chophépgiả msaisốcủaviệc môphỏng.

Phương pháp nghiên cứu đánh giá sai số dựa trên lý thuyết thống kê đã được áp dụng bằng cách thực hiện các thí nghiệm với đầu vào cân bằng có mức độ sai số khác nhau, bao gồm cả sai số ngẫu nhiên Các mô phỏng cân bằng động được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng (Simulation Software for Dynamic Balancing - DBSS) để xử lý dữ liệu thu được, đặc biệt là kết quả đánh giá mất cân bằng dư từ bài toán ngược Việc sử dụng dữ liệu đầu vào và đầu ra từ các mô phỏng cho phép tiến hành phân tích thống kê về độ chụm và phương sai, qua đó xác định độ tin cậy của phần mềm theo tiêu chuẩn thống kê χ² [24].

Dữ liệu thu thập qua nhiều lần thử lặp, sử dụng mô phỏng có sai số đầu vào mi(k) = m ± Δdm (với Δdm là sai số giả định do nhiễu trắng), giúp mô phỏng quá trình xác định bàитоánngược một cách chính xác Quá trình này cho phép đánh giá lượng mất cân bằng của hệ thống, được thể hiện qua các giá trị me(k), k=1,2, nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

Tổng bình phương sai số (SE) có bậc tự do là n-1, phản ánh số lần lặp lại thí nghiệm trừ đi một để tính giá trị trung bình Tiêu chuẩn Schi được sử dụng để kiểm tra độ chụm của dữ liệu đầu vào, đảm bảo độ tin cậy của phân tích thống kê.

(2.72)Tronglýthuyếtthốngkê,thôngthườngchọnđộtincậy%,haysaisố=5%, nếudữliệuthỏamãnđiềukiện(2.71),khi đó k=2.Nếu%,k=2.8÷3.

2.5.2 Tổnghợpmôhìnhhồiquyvàđánhgiáđộtincậycủa môhình Để nâng cao độ chính xác và hiệu quả của quá trình cân bằng động, giảm sai sốquá trình mô phỏng, Luận án thực hiện việc xác định mô hình hồi quy và đánh giá độtincậycủamôhình.

TrênHình 2.21và hệ phương trình (2.73), nhân tố x1, x2đặc trưng cho đầu vàocủathínghiệm,cógiátrị1,tươngứngvớigiátrịMCBđầuvàom1vàm2tạigiátrịlớnnhấtvànhỏn hấttrênMFIvàII,x1(2)=[-1,1];m1=[m10-m1,m10+m1];m2=[m20-

m2, m20+m2], còn các giá trị quan sát được (tính được từ phần mềm cân bằng động)làgiátrịMCBy1v ày2đ ư ara.

𝑚 𝑘 = 𝑚 𝑘0 + 𝑥 𝑘 ∆𝑚 𝑘 ,𝑘 = 1,2 (2.74) Mộtphươngtrìnhtronghệtuyếntính(2.73)có3ẩnnênnếuthiếtkếthínghiệmtheokếhoạch đầyđủcó2nhântốsẽcần:N=2 2 =4thínghiệm,khôngđủsốlầnthínghiệmđểđánhgiáđộtincậycủakết quả.Dođócầnmởrộngkếhoạchthínghiệmvớisốlầnlặpchomỗithínghiệmchínhlà3.Nhưvậy,tổng sốsốlầnthínghiệmlàN.

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày phương pháp xây dựng mô hình hồi quy chẩn đoán MCB cho rổ tơ trên GTE dựa trên công thức (2.74) Mô hình được thực hiện bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất các sai số nhằm tối ưu hóa độ chính xác, đồng thời đánh giá độ tin cậy của mô hình theo tiêu chuẩn thống kê Fisher Việc áp dụng phương pháp này giúp nâng cao khả năng dự đoán chính xác và đảm bảo tính khách quan của kết quả phân tích.

Hệ sốa=[a0, a1, a2] (cũng tương tự chob=[b0, b1, b2] ) trong hệ phương trình(2.73)đượcxácđịnhtheo(2.75).

𝐹 𝑎= 𝑦 → 𝑎 = (𝐹 𝑇 𝐹)−1(𝐹 𝑇 𝑦) (2.75) Ởđây,Flàmatrậnthôngtingồm3cộtvà12hàng,trongđócộtthứnhấtlàvéctơđơnvị,haicộtsa ucógiátrịbằngcácgiátrịcủa haicộtx1v àx2.

Mô hình 2.5.2 tập trung vào phân tích sai số ngẫu nhiên của hai tín hiệu vào giả định khối lượng mất cân bằng (m1 và m2), giúp hiểu rõ hơn về tình trạng cân bằng động Trong thực tế, quá trình cân bằng động đòi hỏi phải điều chỉnh ở các vị trí góc pha (γ1 và γ2) cũng như bán kính (R1 và R2), nhằm đảm bảo khối lượng mất cân bằng được khắc phục chính xác Tuy nhiên, xuất hiện nhiễu không chính xác từ sáu biến đầu vào (xảy ra do những sai số khách quan), điều này gây ra sự biến thiên trong các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cân bằng Các yếu tố này, gọi là các nhân tố (factors), có giá trị biến thiên trong khoảng Xk.min đến Xk.max, và được quy đổi về dạng biến thiên tương đối trong khoảng [-1, 1], giúp đơn giản hóa việc phân tích và xử lý dữ liệu.

Phần mềm mô phỏng cân bằng động cung cấp chỉ báo gồm 6 thông tin Y=[y1, y2, , y6] tương ứng với một lần thí nghiệm cân bằng dựa trên mô hình toán của máy cân bằng động Trong mô hình lý tưởng hoàn hảo, giá trị Y sẽ bằng X=[X1, X2, , X6], nhưng do tính chất mô hình nên chỉ đưa ra các giá trị gần đúng hoặc ước lượng.

Giữa dữ liệu đầu vào và các chỉ báo dự đoán từ mô hình mô phỏng có mối liên hệ chặt chẽ, thể hiện qua phương trình (2.76) dưới đây Các hệ số A k0, A k1, , A k6 được xác định dựa trên phân tích thống kê số liệu thử nghiệm và mô phỏng số, giúp cải thiện độ chính xác của dự báo Việc hiểu rõ mối liên hệ này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa mô hình mô phỏng và nâng cao hiệu quả phân tích dữ liệu kỹ thuật.

Với 6 nhân tố x1 x6, khi thí nghiệm theo kế hoạch đầy đủ hai mức1, sẽ phải tổchức 2 6 = 64 thí nghiệm (Full Factorial Design of Experiment, viết tắt Full FactorialDoE) Theo DoE này sẽ mất nhiều thời gian Do vậy ta triển khai theo DoE FractionalFactorial2 n-k ,vớin=6,k=2,nênsốthínghiệmchỉcònN=2 4

GiảthiếtthựchiệnkếhoạchvớiNthínghiệm[60],đầuraykđ ư ợ cchỉbáovới cácgiátrịướclượng yˆ k,sẽđượcmôhìnhhóatheo(2.76).

𝑦̂ 𝑘 =𝐹 𝑘 𝐴 𝑘 ;F 𝑘 =[1𝑥 1 𝑥 6 ] (2.78) TừNthínghiệm,thuđượchệphươngtrìnhcó16giátrịướclượngđạilượngđượcchỉbáoy k ,được viếttheomatrậnthôngtinF:

Véc tơ F(m) mang thông tin về trạng thái của véc tơ nhân tố điều khiển đầu vào.TạiNthínghiệmđềudovéctơtrạngtháinhântốđiềukhiểnquyếtđịnh.Lầnthínghiệmthứm, với v é c tơ nhântố F(m) =[1x1(m)x2(m) x6(m)]đưa rag i á trị ướclượng:

Từ6môhình dạng(2.80),bàitoánngượcxácđịnhtrạng tháicânbằng(X):

Kếtluậnchương2

Chương 2 đã thiết lập các mô hình động học dao động (xoắn, dọc, ngang) trênĐCTBK tàu thuỷ trên cơ sở sơ đồ nguyên lý kết cấu và chức năng của ĐCTBK. Tổnghợp được cơ sở lý thuyết và công nghệ để triển khai giám sát dao động khi cân bằngđộngrôtocũngnhư khimáyhoạt độngtrêntàuthực.

Trong quá trình giám sát dao động trung bình của động cơ thủy (bài toán b), cần phân tích và lựa chọn các tiêu chuẩn mức dao động cho phép để đảm bảo an toàn vận hành Thu thập đặc tính chuẩn (Ref.) và xây dựng hàm toán cho các đường cong thể hiện giới hạn dao động của ĐCTBK theo các quy phạm Áp dụng phương pháp và mô hình toán học để biến đổi tín hiệu đo gia tốc thành dạng tín hiệu chuẩn (dao động vận tốc), đồng thời xử lý dữ liệu bằng các kỹ thuật lọc 1/3 octave và biến đổi FFT để phân tích phổ Cuối cùng, xác định thuật toán quyết định GSDĐ nhằm kiểm tra và giám sát dao động hiệu quả, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật đề ra.

Giám sát dao động khi cân bằng động rôto trên máy cân bằng động dựa trên việc thu thập và xử lý tín hiệu dao động ngẫu nhiên, giúp kiểm tra tính đồng nhất và độ tin cậy của tín hiệu đầu vào theo tiêu chuẩn thống kê χ2 Đồng thời, phương pháp này thiết lập mô hình hồquyvàđánhgiáđộtincẩy của hệ thống theo tiêu chuẩn thống kê Fisher, cung cấp cơ sở cho mô phỏng dao động và hệ thống giám sát trong chương 3 Các kết quả này sau đó được ứng dụng trong thiết kế hệ thống và thử nghiệm giám sát tại chương 4, đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quá trình cân bằng động của rôto.

Trong quá trình phân tích và lựa chọn công nghệ phù hợp, việc xác định cấu hình của thiết bị đo dao động gồm đầu cảm biến gia tốc và bộ thu thập dữ liệu DAQ-NI 93324 cùng chassis phù hợp là yếu tố quan trọng Phân tích này nhằm thiết lập cấu hình trích mẫu chính xác khi đo, đảm bảo giám sát dao động theo vòng quay của thiết bị một cách hiệu quả Đồng thời, quá trình lựa chọn còn xem xét tiêu chuẩn dao động liên quan để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống đo lường.

Chương 3 MÔ PHỎNG GIÁM SÁT DAO ĐỘNG

Nghiên cứu tập trung vào phân tích và tổng hợp các cơ sở lý thuyết về dao động ngang của động cơ tua máy tàu thủy, nhằm xác định các tiêu chuẩn tham chiếu và các kỹ thuật thu thập, biến đổi tín hiệu để đánh giá trạng thái dao động của ĐCTBK Việc giám sát dao động chỉ có thể thực hiện khi có dữ liệu thu thập đầy đủ và phần mềm phù hợp thực hiện các chức năng cần thiết của hệ thống GSDĐ Trong chương này, luận án xây dựng một số chương trình bằng phần mềm LabView (sử dụng file MatLab) để thực hiện các chức năng cốt lõi của phần mềm thiết bị đo GSDĐ, từ đó thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát phù hợp với yêu cầu của ĐCTBK tàu thủy, đồng thời tích hợp chức năng cảm biến động các cốt của ĐCTBK để nâng cao khả năng giám sát trạng thái của động cơ.

- Xâydựngtín hiệuDĐNquathí nghiệmsố(môphỏng số);

MôphỏngdaođộngcủaĐCTBKtàu thuỷ

Nghiên cứu mô phỏng dao động trên ĐCTBK theo thực tế đã được thực hiện nhằm đưa ra các hướng giải bài toán dao động dựa trên mô hình hóa và xây dựng phương trình dạng dao động Các nghiên cứu này tập trung vào mô phỏng dạng dao động ngang của từng tổ hợp máy, phù hợp cho các ứng dụng trên ĐCTBK cụ thể Đối tượng mô phỏng bao gồm thông tin và cơ sở dữ liệu đầy đủ về bố trí động lực học cũng như các thông số đặc trưng nhằm xác định hệ số của các mô hình toán học như khối lượng và độ cứng, kết hợp với chế độ khởi động đặc trưng như dải vòng quay khởi hác Hiện nay, các tàu thủy quân sự của Việt Nam sử dụng nhiều loại ĐCTBK khác nhau để phù hợp với các điều kiện thực tế Tuy nhiên, việc tiếp cận và nghiên cứu các động cơ này gặp nhiều khó khăn do đặc thù kỹ thuật và môi trường hoạt động.

QuânchủngHảiquânvàHọcviệnHải quân(đơnvịcông táccủaNCS)đượctrangbịĐCTBKDR76đểphụcvụhuấnluyệnvàchiếnđấubảovệchủ

1- Thiết bị đầu vào; 2- Động cơ khởi động; 3-Máy nén thấp áp (MNTA); 4-Máy néncao áp (MNCA); 5- Buồng đốt; 6- Tua bin cao áp (TBCA); 7- Tua bin thấp áp (TBTA);8-Tuabinchânvịt(TBCV);9-Bệmáysau;10.Bệmáytrước.

6 Sốvòngquayởchếđộkhôngtảicủamáynénca oáp, rpm(vòng/phút) 13800÷ 15800

9 Tuổithọđạitu(khôngquá02lần), năm(giờ) 6năm(2000giờ)

MNTA TBTA MNCA TBCA TBCV

Cấp1:20 Cấp2:26 Cấp3:28 Cấp4:30 Cấp5:32 Cấp6:36 Cấp7:42 Cấp8:44

Cấp1:44 Cấp2:44 Cấp3:50 Cấp4:50 Cấp5:55 Cấp6:57 Cấp7:56 Cấp8:55 Cấp9:54

Cấp1:82 Cấp2:78 Cấp3-tiến:64 Cấp3-lùi:128

Sơ đồ thuật toán giải nghiệm các dao động của ĐCTBK tàu thuỷ được chỉ ra tạiHình3.2.

Hình3.2.Sơđồ khối giảinghiệm tínhDĐN trênĐCTBKtàuthuỷ

Hệsốcảngối đỡ,hệsốcản bệđỡ; n - Tốc độ quay (vòng/phút - rpm); Ω - Tốc độ góc (rad/s);F(t),r,φ -Lựcmấtcânbằng,bán kính,pha; n 0 ,ω 0 -tốcđộ,tần sốgócdaođộngtựdo;X 1 ,X 2 - Cácnghiệmtínhrungtrêngốiđỡ

3.1.3.1 Mô phỏng tính tần số dao động ngang các rô to của ĐCTBK tàu thuỷ đặttrêncác gốiđỡ

Mụcđíchmôphỏngtínhtoándaođộngngangtựdo,phươngthẳngđứnglàđểtìmtần số dao động tự do của các rô to tua bin khí Đây là cơ sở đánh giá nguy cơ xảy racộnghưởngcủacác dao độngtrongdảitốcđộquaylàmviệc củamáyrôto.

Chương trình phân tích hệ dao động tự do của hệ thống các gối đỡ trong mô hình tàu thủy cho phép nhập các thông số động lực học của hệ Kết quả mô phỏng thể hiện tần số dao động tự do của các rôto của ĐCTBK, được tổng hợp và trình bày rõ ràng trong Bảng 3.3 Khi các gối đỡ có tính chất đối xứng, chương trình có khả năng tự động xử lý dữ liệu và hiển thị dao động tự do của từng gối đỡ một cách chính xác Phương pháp này giúp phân tích hiệu quả của hệ thống các gối đỡ trong cấu trúc tàu thủy, đồng thời cung cấp kết quả tin cậy dựa trên mô hình tính toán tự động.

Bộ dữliệu đầuvào Nghiệm tầnsố tự do1 Nghiệm tần sốtựdo 2 Dải tốc độlàm việc (rpm) m 1 m 2 C 1 C 2 k 1 k 2 ω 01 n 01 ω 02 n 02 kg kg N/m N/m Ns/m Ns/m rad/s rpm rad/s rpm

Bộ dữliệu đầuvào Nghiệm tầnsố tự do1

Nghiệm tần sốtựdo 2 Dải tốc độlàm việc (rpm) m 1 m 2 C 1 C 2 k 1 k 2 ω 01 n 01 ω 02 n 02 kg kg N/m N/m Ns/m Ns/m rad/s rpm rad/s rpm

Mô phỏng tính tần số dao động tự do của các rôto ĐCTBK tàu thủy DR76 cho thấy, với các độcứng của ổ đỡ C là 2,7 x 10^7 đến 8,8 x 10^8 N/m, các tần số dao động tự do có thể xuất hiện trong vùng làm việc của các rôto Điều này là cơ sở để chọn ổ đỡ phù hợp nhằm tránh hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong vùng tần số làm việc của động cơ Việc xác định khoảng tần số làm việc nguy hiểm giúp đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống động cơ tàu thủy.

3.1.3.2 MôphỏngDĐNdoMCB trênĐCTBKtàuthuỷ a MôphỏnglựcMCBquyđổivềgốiđỡ trái vàphảicủacácrôto

GiảthiếtrôtobịMCBtạihaimặtcắt1và2quaviệcnhậpkhốilượngmấtcânbằngm i ,bánkínhlệch tâmquayeuivàgóclệchphaPhmi(độgócquaytrục).Bằngphươngpháptínhquyđổivềvịtrígốiđỡtráivà phải,chúngtathuđượclựcquyđổitươngđương,xácđịnhbởibiênđộvàphatươngứngchogốitráivàgố iphải.

Trêncơsởcácthôngsốkếtcấu,lắpđặtcủarôto,đặttrênhaigốiđỡvớimộttrong9phươngánxả yramấtcânbằng(trênmộtmặtphẳnghoặchaimặtphẳng),Modultínhlựcquy đổivềcácgốiđỡtự độngtínhđểđưarakếtquảnhư tạiHình3.4.

Hình 3.4 thể hiện mô phỏng tính lực quay đổ của rôto trong ổ đỡ, qua đó lựa chọn cấu hình phù hợp nhất (CF1 đến CF9) Các yếu tố ảnh hưởng như khoảng cách A, B, C được đăng nhập chính xác để đảm bảo mô phỏng chính xác Phân tích giả định mất cân bằng bao gồm khối lượng d m1 và d m2, cùng với vị trí lệch tâm trục R1, R2 và góc lệch pha Theta1, Theta2, giúp đánh giá tối ưu tác động lực quay của rôto.

Các kết quả về biên độ và pha của ngoại lực cưỡng bức điều hòa bậc 1, được tínhtoánchotừngcụmrôto đượcvà tổnghợptrongBảng3.4.

Bộdữliệuđầuvào LựcF L LựcF R n min- max A B C m u1 e u1 Ph m1 m u2 e u2 Ph m2 F L Ph FL F R Ph FR rpm mm mm mm g mm deg g mm deg N deg N deg

Khảo sát dao động của các rô to chính trong ĐCTBK DR76 trên các gối đỡ nhằm phân tích ảnh hưởng của lực cưỡng bức điều hoà bậc 1 trong các vùng tốc độ làm việc khác nhau, đặc biệt tập trung vào vùng gần tần số dao động tự do đã ghi nhận Các phân tích này giúp hiểu rõ hơn về hành vi dao động của hệ, đặc biệt khi cộng hưởng xảy ra Dựa trên cơ sở toán học đã trình bày ở Chương 2, luận án đã xây dựng mô hình tính toán dao động cưỡng bức của hệ, phù hợp với các kết quả thực nghiệm và lý thuyết đã đề cập.

Trong mô phỏng lực cứng của dao động cưỡng bức, lực cưỡng bức tác dụng lên hệ là lực mất cân bằng, có điều hòa bậc 1 và có thể bổ sung các điều hòa cao hơn Các nguồn lực cưỡng bức khác cũng được mô phỏng để tạo thành môđuncon (SubVI) trong Matlab, giúp xây dựng môđun chung thực hiện nhiệm vụ tính dao động cưỡng bức của hệ cơ Lập trình mã giả trong Matlab để mô phỏng dao động cưỡng bức được trình bày trong file m, sau đó chuyển sang môi trường LaBView cùng toolkit MathScript để phân tích và trực quan hóa kết quả một cách chính xác và hiệu quả.

VớicácthôngsốđầuvàođượclấytừBảng3.2,Bảng3.3vàBảng3.4,kếtquảmôphỏng dao động tại từng gối đỡ bên trái (Left) và phải (Right) được tổng hợp lần lượttrongcácBảng1÷8-Phụlục3.

Các kết quả mô phỏng cho thấy, mức độ dao động lớn của các cụm rô to có thểxuấthiệntrongvùngphạmvitốcđộlàm việccủa chúng,cụthể:

- Máynén-tuabincaoáp:X max =2,8(3,4)mmởtốcđộn200rpm;

- Tuabinchânvịt: X max =8,7,(14,5)mmởtốcđộn00rpm; Điều này cho thấy khả năng mất an toàn đối với ĐCTBK trong vùng tốc độ làmviệckhi sự mấtcânbằngxảyrađốivớicácrôtocủaĐCTBK.

Với các kết quả mô phỏng (tính) dao động thu được trên (gồm biên độ và pha daođộng)hoàntoàncóthểmôphỏngDĐNtrênĐCTBKtàu thuỷ,cụthểlàDR67.

MôphỏngDĐNđađiềuhòatrênĐCTBKtàuthuỷ

Tín hiệu dao động trên ĐCTBK tàu thủy là dạng tín hiệu đa hài, gồm nhiều thành phần điều hòa, được sử dụng để giám sát MCB của tàu và đánh giá mức độ dao động chung Việc phân tích tín hiệu này giúp đảm bảo hệ thống an toàn và bảo vệ ĐCTBK khi khai thác, dựa trên các ngưỡng giới hạn đã thiết lập Nó đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của tàu thủy trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Việc xây dựng mô phỏng cho phép nghiên cứu các phép biến đổi FFT để đánh giá độ tin cậy và độ chính xác của công cụ toán học Môđun này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển phần mềm giám sát và nâng cao hiệu quả của các hệ thống kỹ thuật, đảm bảo tính chính xác trong quá trình phân tích dữ liệu.

Thực tế dao động của các rô to của động cơ tuabin khí do tác dụng của nhiều lựckíchthíchvớicáctầnsốkhácnhauvàcácnhiễu.Cáctầnsốnàytỉlệvớitầnsốlàmviệccủatừngcụ mrôtovàtỉlệvớisốcánh từngcấprôto.

Tín hiệu Định lý Dữ liệu (DĐN) được xây dựng dựa trên phương pháp giải bài toán tính DĐN phù hợp với mô hình toán của hệ cơ của các rôto Đài truyền hình cơ khí (ĐCTBK) Phương pháp này đã được trình bày chi tiết trong Chương 1 và phần mô phỏng phía trên, giúp xác định chính xác các tín hiệu cần thiết cho phân tích hệ thống.

Tính i ệ u D Đ N x â y d ự n g t h e o p h ư ơ n g p h á p ( b ) l ấ y c á c k ế t q u ả đ o D Đ N t r ê n ĐCTBKlắptr ên tà ut hự c k h i khai th ác trong đ iề uk iện thựctế Tín hi ệu th ực t ế đođượcnàychotacácgiátrịbiênđộdaođộngtheothờigianvàcácphổtầntươngứng.Tínhiệ uDĐNxâydựngtheophươngpháp(c)đượcxâydựngtừmôhìnhtoánchuyêngia,ch ứathôngtintừmôhìnhtoánthuđượctừ(a),mangđặcđiểmcủatínhiệu đothực(b).

Hình3.6.Block DiagramchoVI-mô phỏngdaođộngcủa ĐCTBKtàuthuỷDR76

Trong luận án này, NCS chọn phương pháp (c) để mô phỏng độ lệch ngang của hệ thống tàu thủy, vì phương pháp này linh hoạt và linh hoạt hơn trong việc thay đổi các điều kiện biên Phương pháp (c) cho phép mô phỏng chính xác và thích nghi tốt hơn với các biến đổi trong điều kiện hoạt động của tàu Điều này giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của quá trình mô phỏng, từ đó hỗ trợ thiết kế và phân tích hệ thống tàu thủy một cách tối ưu.

Qua phân tích các quy phạm cũng như thực tế đo đạc các tín hiêu dao động củaĐCTBKtàuthuỷ, phươngtrình THDĐngangcủaĐCTBKtàuthuỷcó dạng:

𝐴= 𝐴 0 +∑𝐴 0 sin(𝑘𝜔 𝑖 𝑡+𝛾 𝑘 )+(𝑡) Ởđây: ω i -tầnsốgóccủacácrôtođộng cơtuabinkhí,(i=1,2,3). k-sốcánhtrêncáctầngcánhcủa cácrôtoĐCTBKtàu thuỷ.

CodelậptrìnhVI-môphỏngLabviewTHDĐtrênổđỡcủatừngcụmrôtovàtrêncác bệ đỡ của ĐCTBK DR76 như trênHình 3.6 Các thông số kết cấu và khai thác củaĐCTBKDR76 đưavàolậptrìnhlấytừBảng3.2.

TínhiệuDĐNcónhiễu,cộngnhiềuhàicủacụmmáynénthấpáp(MNTA)(9tầngcánh) có 10 điều hoà với các biên độ và pha được nhập vào VI tính THDĐ được trìnhbàynhư trênHình3.7

Hình 3.8 và hình 3.9 trình bày kết quả đánh giá độ chính xác của thuật toán và biến đổi FFT trong LabView, cho thấy độ chính xác rất cao với không có sự sai lệch rõ ràng giữa véc tơ biên độ ban đầu và véc tơ biên độ sau phép biến đổi FFT, xác nhận rằng phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích tín hiệu Các kết quả cũng cho thấy rằng véc tơ pha và các đặc trưng của THD trên rơto của động cơ đều được duy trì chính xác sau quá trình biến đổi, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Nhờ đó, FFT trong LabView (Mathscripts) là công cụ đáng tin cậy để phân tích và đo lường tín hiệu phức tạp trong các ứng dụng kỹ thuật.

Hình3.8.Độtincậyvềphacủa tínhiệumôphỏngdaođộngđa hàicủaMNTAđộngcơtuabin khíDR76

Hình3.9.Độtincậycủakếtquảtínhbiên độdaođộngđa hàicó nhiễucủaMNTAđộngcơtuabinkhíDR76

MôphỏngCBĐrô toĐCTBKtàuthuỷtrênmáyCBĐ

Cân bằng động là quá trình giám sát và điều chỉnh lượng MCB dư của rotor để đảm bảo hoạt động trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn ISO 1940-1 Việc cân bằng rotor, dù thực hiện trực tiếp trên xưởng (Shop Balancing) hay trên máy cân bằng động (MCBĐ), đóng vai trò quan trọng trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ điện để giảm thiểu rung lắc and tăng tuổi thọ thiết bị Quản lý cân bằng đúng tiêu chuẩn giúp hạn chế các sự cố vận hành, nâng cao hiệu quả máy móc và đảm bảo an toàn trong sản xuất.

Cân bằng động các rô tô được thực hiện trên MCBĐ bằng cách sử dụng thiết bị có cơ cấu dẫn động rô to quay ở các tốc độ theo yêu cầu, được giám sát bởi cảm biến tốc độ quay của trục rô to Các cảm biến đo dao động trên hai gối đỡ của máy thu thập tín hiệu dao động, sau đó tổng hợp qua bộ biến đổi tín hiệu (DAQ) để phân tích và chẩn đoán sự mất cân bằng của rô to Dữ liệu này được đưa vào phần mềm để xác định các giá trị cân bằng phù hợp, giúp điều chỉnh rô to đạt trạng thái cân bằng động trong giới hạn cho phép theo các tiêu chuẩn kỹ thuật.

Quá trình cân bằng có thể thực hiện trên một hoặc 2 mặt phẳng Thông thườngcân bằng động trên MCBĐ thường sử dụng phương pháp cân bằng trên 02 mặt phẳng[9,25,76].

Môphỏngcânbằngđộngcácrôtonhằmmụcđíchlàmchủquitrình,phươngphápcân bằng động bằng đo dao động và đánh giá chất lượng cân bằng động trong thực tếgiámsátcânbằngđộngchođộngcơtuabinkhíkhisửa chữatrênxưởng.

Giao diện của mô dul VI mô phỏng dao động trên các gối đỡ của máy cân bằngđộngđược thiếtkế,lập trìnhtrongLabViewthểhiệntrênHình3.10.

Chức năng của phần mềm bao gồm mô phỏng dao động tự do và dao động cưỡng bức, giúp hiển thị chế độ dao động theo thời gian và tần số để phân tích chính xác các hiện tượng động Phần mềm yêu cầu nhập dữ liệu cho hai nhánh gối đỡ trái và phải, đảm bảo mô phỏng đúng tình trạng thực tế của hệ thống Kết quả mô phỏng được hiển thị rõ ràng trong vùng đồ thị, cùng với vùng chỉ báo mức dao động (Level), giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đánh giá mức dao động tại các điều kiện khác nhau Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ xác định điểm cân bằng, cung cấp chế độ hiển thị phù hợp để điều chỉnh và tối ưu hiệu suất của hệ thống động.

Hình3.10.Giao diện chính(FP)củaVItínhdaođộngcưỡng bức

Hình3.11.Cấu tạorô tomáynénthấpápcủađộng cơtuabinkhíDR76

Mô phỏng cân bằng động trên MCBĐ, cho cụm rô to máy nén thấp áp của độngcơTBKtàuthuỷHình 3.11vớicácthôngsốcơbảnđượcchotrongBảng3.5. ĐốivớiđộngcơtuabinkhícấpchínhxácchocânbằngđộngcơlàG2.5[76].Giảđịnhlượngmấ tcânbằngdưrôtom1=8(g),m2=6(g)tại2mặtphẳnghiệuchỉnhcáchgốiđỡtráimộtkhoảng lầnlượtlàA vàB,tạicácbánkínhR1,R2.

TT Thôngsốđầuvào Đơnvị MNTA Ghichú

Phần mềm mô phỏng cân bằng động (DBSS, Dynamic Balancing SimulationSoftware)rôtođặttrênMCBĐđượcthựchiệntrongđềtàicấpnhànướcmàNCStham gia[24].

DBSS đưa ra yêu cầu về khối lượng thử tại các mặt phẳng hiệu chỉnh của rô ro làmt 1≤ 32,2(g),mt2≤19,7(g)quaviệc lựa chọnnútlệnhUTILITY.

Trêncáchình3.13,3.14thểhiệngiaodiệnchính(FP,Frontpanel)trongquátrìnhtriểnkhaiCB Đ.

Hình 3.13 thể hiện giao diện chính thu được sau 3 lần thử đánh giá mức độ mất cân bằng dư thực tế dựa trên phương pháp cân bằng động tại hai mặt phẳng cân bằng Phương pháp này được áp dụng cho Cơ Cấu Động máy nén áp (tàu Hải quân), nhằm mô phỏng chính xác hiện tượng mất cân bằng và đánh giá hiệu quả của các biện pháp cân bằng trong điều kiện thực tế Kết quả giúp xác định mức độ mất cân bằng dư thực tế, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng để cải tiến quá trình vận hành và giảm rung động không mong muốn.

Chương trình tự động tính toán xác định lượng mất cân bằng dư được thực hiện để đảm bảo sự chính xác trong quá trình cân bằng Kết quả cho thấy lượng mất cân bằng dư qui đổi về hai gối đỡ trái và phải lần lượt là 746,51 g.mm và 597,38 g.mm, đều vượt quá mức cho phép là 143 g.mm Đồng thời, hệ thống còn xác định khối lượng tại các mặt phẳng hiệu chỉnh đã chọn làm tham khảo, nhằm thực hiện điều chỉnh cân bằng động bằng cách thêm hoặc bớt lượng tại các vị trí được xác định để đảm bảo cân bằng chính xác nhất.

Hình3.13.Kết quảđánhgiámức độmấtcânbằngdưqua3lầnthínghiệmtrongCBĐtrênhaimặtphẳng

Hình3.14.Kết quảsaukhicânbằng tạihai mặtphẳng

Sau3lầntiếnhànhcânbằngbằngcáchthêm,bớtcáckhốilượngtạicácvịtríđượckhuyếncáotrênc ácmặtphẳngcânbằng.KếtquảsauCBĐđượcđưaratrênHình3.14. Nhận thấy mất cân bằng dư quy đổi về 2 gối đỡ trái, phải đã ở vùng an toàn. NhưvậyquátrìnhCBĐchorôtocóthểchấpnhậnđược(hình3.14).

G.trái G.phải Chophép me 1 (g) SE 1 me 2 (g) SE 2

TB 8.108 6.083 Trungbình,  2 (υ)) c 7.895 0.017383 6.057 0.011223 Đểđánhgiáđộtincậycủaphầnmềmtalầnlượttiếnhànhthayđổicáckhốilượnggiảđịnhdm 1 ,d m2vàxácđịnhđộlệchtrungbình,phươngsaiđểđánhgiáđộtincậycủaphầnmềmtheotiêuchuẩnSch i.

Mô hình máy tính và phần mềm mô phỏng CBĐ được đặt trên máy CBĐ nằm ngang đạt độ chính xác 99% theo tiêu chuẩn thống kê Schi (2), xác nhận tính chính xác cao trong phân tích động cơ turbine khí Kết quả tính toán và mô phỏng số cho thấy độ lệch nhiễu tại đầu vào cao tương đương với chứng minh mô hình dự báo chính xác, chứng minh phương pháp giả thiết và tính toán đều đảm bảo độ sai số nhỏ, phù hợp với tiêu chuẩn kiểm chứng.

Kết quả mô phỏng thể hiện sự hội tụ tốt khi người vận hành cân bằng động thaotáccósaisố(theoquyluậtngẫunhiên),mứcsaisốkhicânkhốilượngcânbằng2.5%.

Trong thực tế, thao tác cân bằng động cho thiết bị chính xác cao yêu cầu thiết bị điện tử cân khối lượng cân bằng bù có độ chính xác cao, sai số nhỏ hơn 2.5% Nghiên cứu mô phỏng đã được triển khai và độ tin cậy của mô phỏng đạt 99% theo tiêu chuẩn Schi khi xét đến sai số ngẫu nhiên của người vận hành trong quá trình cân khối lượng cân bằng và vị trí đặt khối lượng này.

Phần mềm xử lý thống kê xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính theo công thức (2.76) được phát triển trong LabView, sử dụng các tham số đầu vào của ĐCTBK như đã trình bày trong mục 3.3.2 Quá trình này dựa trên nền tảng lý thuyết đã được trình bày rõ ràng tại chương 2, mục 2.5.3, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong phân tích dữ liệu.

Trong bài viết này, giả thiết về MCB đầu vào m0 là m10=8 gam và m20=6 gam, đại diện cho các giá trị trung bình Các giá trị này được mô phỏng với sai số ±2.5%, tương đương Δm là [0.2, 0.15] gam, phản ánh mức độ biến đổi của dữ liệu Nhiễu vị trí đặt mất cân bằng R1, R2 xảy ra với độ lệch 2.5% từ giá trị trung bình, với R0 là [95, 160] mm Đồng thời, nhiễu vị trí theo góc đặt mất cân bằng γ1, γ2 cũng ở mức 2.5% so với giá trị trung bình γ0 = [30, 60] độ Các yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của kết quả mô phỏng và phân tích.

Từ N thí nghiệm số theo kế hoạch thí nghiệm dạng: DoE 2 6-

Trong bài viết này, chúng ta phân tích các giá trị của bộ dữ liệu phản ánh mất cân bằng bằng phương pháp thiết kế phần tử phân số Hệ số các phương trình hồi quy, thể hiện trong ma trận (H) của hình 3.15, được sử dụng để đánh giá và ước lượng lại sáu chỉ báo khối lượng mất cân bằng Phân tích dựa trên phần mềm mô phỏng cân bằng động cho thấy các giá trị của các cặp dữ liệu Y phản ánh các mức độ mất cân bằng tại hai mặt phẳng cân bằng MF1 và MF2 Các kết quả này, trình bày trong bảng 3.7, giúp đưa ra các luận điểm chính xác về hiệu quả đánh giá của các chỉ báo trong quá trình kiểm tra mất cân bằng của hệ thống.

VớikếtquảđầuvàođượcchỉratạiBảng3.7,cácmôhìnhhồiquyđượcxửlývàthểhiệntrênF PcủaVI,được chỉratạiHình3.15.

Hình3.15.Kết quảtínhhệsốvàkiểm trađộtincậycủacácmôhìnhhồi quy

Các phương trình hồi quy được đánh giá độ tin cậy, đều đạt 99% với giá trị lýthuyếtF lt= 6.84,trongkhiđógiátrịFt( tín htoánchocácmôhình)đềurấtlớnsovớiFlt(3681.4>>6.24 và11932.4 >> 6.24).

Môphỏnggiámsátdaođộngtrênđộngcơtuabin khítàuthuỷ

Theo RMR [90], giá trị cho phép đối với ĐCTBK tàu thuỷ theo dao động vận tốc(mm/s)và biếnđổi FFT,dùnglọc1/3-octaveđượcđưaratrongBảng2–Phụlục1.

Bảng 3.8thể hiện kết quả chuyển đổi nội suy tính ngưỡng dao động đối với ĐCTBKtàuthuỷtheodaođộnggiatốc(m/s 2 )bằngphươngphápđãtrìnhbàyởchương2(mục2.4.5) (chitiếtkếtquảđượctrìnhbàytrongBảng3–Phụlục2).

Bảng 3.8 Mức cho phép đối với dao động trên ĐCTBK tàu thuỷtheodạnggiatốc(m/s 2 )

Dựa vào các thông số trong bảng, chúng tôi xây dựng hệ số VI và vẽ đường cong giới hạn DĐN theo ngưỡng A và B dành cho ĐCTBK tàu thủy dựa trên gia tốc dao động Mô đun này được tích hợp chung vào phần mềm mô phỏng GSDĐ cho ĐCTBK tàu thủy, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình phân tích và kiểm tra giới hạn.

Khiđovàbiếnđổidaođộng(FFT) tathu đượcbộthôngsố[Va1V a2 .VaN],[f1f 2

Trong nghiên cứu này, tỷ lệ biên đột tại tần số trung bình được xác định dựa trên phản ứng của hệ thống khi sử dụng lọc 1/3 octave, giúp phân tích chính xác hơn về các tần số Tần số lớn hơn và khác biệt so với tần số trung bình được tham chiếu theo hệ số RMR để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả Theo thuật toán giám sát đã trình bày trong chương 2, mục 2.4.5, nhóm nghiên cứu đã xây dựng môđun đánh giá mức độ dao động của đĩa cứng thời gian thực, từ đó đưa ra cảnh báo khi các mức dao động vượt quá ngưỡng cho phép theo bảng quy định.

TrênHình3.15thểhiệnFPvàcodelậptrình(BD)củaSubVIgiámsátTTDĐcủaĐCTBKtàuth uỷtheohaimứcAvàBtheotừngtầnsố.Kếtquảđượchiểnthịbằngđènbáo(LED)đốivớihai mứcAvàB.ĐènmàuXANH-dướingưỡngchophép,màuĐỎ

3.4.3 MôphỏngGSDĐchoĐCTBKtrêntàuthực Đối tượng: ĐCTBK tàu thuỷ dạng DP76 với các thông số kỹ thuật đã giới thiệutrong mục 3.1.1 Thí nghiệm mô phỏng được thực hiện với nhiệm vụ kiểm tra sự hoạtđộng của phần mềm giám sát theo chức năng, được code trong LabView Phần mềmđượcx â y d ự n g q u a m ộ t s ố V I đ ã c h ỉ ở t r ê n : V I b i ế n đ ổ i t í n h i ệ u ( F F T ) ; V

I - m ứ c daođộngchophép;VI–đưaramứcdaođộng(tạitừngtầnsố). Đầu vào: Tín hiệu DĐN đo được trên gối đỡ của ĐCTBK tàu thuỷ tàu thực ở mộtchếđộđocụthể.Dữ liệuđầuvàochomôphỏngđượcchỉratrongPhụlục5.

Kếtluậnchương 3

NCS đã tiến hành thí nghiệm số dựa trên các mô hình toán học và thuật toán đã trình bày trong Chương 2, đồng thời lập trình code trong môi trường LabView sử dụng MathScript tích hợp với MatLab (file m) Kết quả đạt được thể hiện rõ nét qua các bài kiểm tra, xác nhận tính chính xác và hiệu quả của phương pháp đã đề xuất, góp phần nâng cao khả năng mô phỏng và phân tích các hệ thống kỹ thuật số của dự án.

- Triểnkhaimôphỏngsốnghiêncứucáctínhchấtquantrọngcủadaođộngđađiềuhòa, có nhiễu Mô phỏng lọc tín hiệu và biến đổi THDĐ theo tần số Kết quả tính toánchothấycáccơsởtoánvàthuậttoántốt,VIcógiaodiệnđẹp,thiếtkếnhanh.Sốliệuthuđượccóđộtinc ậy,chínhxáccao(saikhácrấtrấtnhỏgiữatínhiệuđầuvàovớitínhiệuđãđượcbiếnđổi:FFTthuậnvà FFTngược).

Bạn đang tìm hiểu về mô phỏng giám sát MCB rô to của ĐCTBK tàu thủy dựa trên phần mềm mô phỏng CBĐ trên máy CBĐ để nâng cao hiệu quả đánh giá Nghiên cứu đề xuất phương pháp hoàn thiện phần mềm mô phỏng CBĐ giúp đánh giá lượng mất cân bằng chính xác hơn, từ đó nâng cao độ tin cậy trong quá trình giám sát hệ thống Các phương pháp này cung cấp công cụ hiệu quả để theo dõi và phân tích các tình huống thực tế trên tàu thủy, đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống MCB rô to.

- LậptrìnhcodetrongLabViewchoxâydựngmôđun(vi)cácđườngcongngưỡngcho phép đối với DĐN được giám sát trên ĐCTBK tàu thuỷ theo các tiêu chuẩn đưa ratừQuyphạmRMR,2016.

Mô phỏng số cung cấp kết quả giám sát đứt dây nối theo các ngưỡng cho phép, đồng thời mô tả trực quan kết quả giám sát đứt dây nối Các thử nghiệm được thực hiện với đầu vào là tín hiệu đo thực tế trên đối tượng tàu thủy thực tế để đảm bảo độ chính xác của mô phỏng Phần mềm mô phỏng đã kiểm tra thành công các nhiệm vụ chức năng bao gồm xử lý tín hiệu, ra quyết định, hiển thị kết quả và lưu trữ dữ liệu giám sát, phù hợp để giám sát các đối tượng tàu thủy một cách hiệu quả và chính xác.

Các phần mềm (VI) mô phỏng sẽ được phát triển và tích hợp vào phần mềm vàthiếtbịGSDĐtrênĐCTBKtàuthuỷsẽđượcnghiêncứutạichương4.

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIÁM SÁT DAO ĐỘNGTRÊN ĐỘNG CƠTUABINKHÍTÀUTHUỶ

Nghiên cứu và thử nghiệm đo GSDĐ nhằm kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế của thiết bị, phương pháp đo và lý thuyết GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy Phương pháp mô hình hóa, mô phỏng mang lại lợi ích trong việc đưa ra nhanh chóng các giải pháp hữu ích, đề xuất phương án đo, triển khai thuật toán xử lý tín hiệu, ngay cả trong những trường hợp khó khăn để thu thập số liệu thực nghiệm, như các trường hợp đặc biệt hoặc số máy lớn.

Để áp dụng vào thực tế, cần thiết phải có các kết quả đo thử nghiệm để kiểm chứng, hiệu chỉnh thiết bị và xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho các thử nghiệm sau này Mặc dù việc thử nghiệm tốn kém về kinh phí và thời gian, nhưng đó là bước quan trọng trong quá trình triển khai thiết kế, xây dựng thiết bị đo và mô hình dự án thực tế Thử nghiệm còn đóng vai trò then chốt trong quá trình nghiên cứu ban đầu, giúp xây dựng và hoàn thiện mô hình một cách chính xác và đáng tin cậy.

Hệthốngđo,giám sátdaođộngtrênĐCTBKtàuthuỷ

Thực nghiệm chỉ được tiến hành trong các điều kiện và chế độ máy đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy Trong một số trường hợp, có thể đưa vào các tình huống có hư hỏng nhỏ, miễn là vẫn duy trì mức độ an toàn cho máy, thiết bị và người vận hành Thử nghiệm mang tính chất kiểm chứng và nghiên cứu chỉ thực hiện ở các chế độ máy hoạt động ổn định, đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình thử nghiệm.

Một bản kế hoạch chi tiết cho thử nghiệm cần được xây dựng nhằm đảm bảo quá trình chuẩn bị, tiến hành thử nghiệm, xử lý kết quả và báo cáo thử nghiệm diễn ra thuận lợi và chính xác Công việc chuẩn bị ban đầu bao gồm việc xác định mục tiêu thử nghiệm, lập kế hoạch cụ thể, chọn lựa thiết bị và phương pháp phù hợp để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của kết quả.

- Vậttư(nhiên liệu:dầu,mỡ,nước,…).

Thực nghiệm đợt tr on tàu thực không được sự đồng ý của hội đồng thử tàu, đòi hỏi phải xây dựng kế hoạch thử tàu nghiêm ngặt và chính xác Ưu điểm của thử đợt thực là cho phép kiểm tra thiết bị đo trong các điều kiện hoạt động thực tế của tàu, với các chế độ đo rõ ràng và cụ thể Điều này giúp đánh giá chính xác thiết bị đo lường, đảm bảo kết quả đo và xử lý dữ liệu tuân thủ quy chuẩn và tính hợp lý, đồng thời đạt độ chính xác cao cần thiết.

Trong tất cả các thử nghiệm, việc chuẩn bị chu đáo và hoàn chỉnh là yếu tố quan trọng để đảm bảo dữ liệu có độ tin cậy cao Vì các thử nghiệm thường tốn kém và gặp nhiều khó khăn trong việc tổ chức trên tàu hoặc tại hiện trường, công tác chuẩn bị kỹ lưỡng mới đảm bảo thành công của quá trình thử nghiệm.

Lắp đặt cảm biến đúng kỹ thuật và hiệu chỉnh thiết bị đo là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của hệ thống Kiểm tra tín hiệu ở trạng thái tĩnh của máy kết hợp với tác động của nhiễu va đập giúp phá thiệt độ nhạy của cảm biến và đường truyền tín hiệu, từ đó nâng cao độ ổn định và độ chính xác của quá trình đo lường.

CPU, VDMS, Monitor ĐCTBK St DAQ 9234

4.1.3 Sơ đồkhốihệthốngđakênhđo,GSDDchoĐCTBKtàuthuỷ

Để đo độ chính xác và hiệu quả trên ĐCTBK, các thiết bị hiện đại cần được trang bị để đo, hiển thị hình ảnh thông tin cần thiết, lưu trữ dữ liệu và đọc dữ liệu đã ghi trước đó (GSDĐ offline) Máy đo phải đảm bảo các chức năng thiết yếu như đa kênh, đa chức năng phù hợp với GSDĐ, và tuân thủ hướng dẫn của RMR để đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình đo đạc và phân tích dữ liệu.

2016 Yêu cầu GSDĐ choĐCTBK tàu thuỷ đang làm việc, đặt biệt là cần 01 kênh đo phị trí (pha) để đánh giáTTDĐ,TTKT máyởtừngchếđộvòngquaykhaithác.

Hệ thống tự động GSDĐ cho ĐCTBK tàu thủy được xây dựng dựa trên công nghệ điện tử – truyền tin hiện đại, gồm các khối chính theo mô đun và chuẩn công nghiệp Nó tự động đo, truyền tin và xử lý thông tin dựa trên các thuật toán tiên tiến, giúp giám sát và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của ĐCTBK một cách chính xác Hệ thống có khả năng đưa ra kết quả giám sát, chẩn đoán, báo động khi đối tượng có mức độ độ vượt quá giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành của tàu thủy.

S t - Cảm biến đo pha (vị trí) hoặc tốc độ của trục ĐCTBK;DAQ - Bộ thu gom dữ liệu (dùng loại DAQ –

NI 9234, đa kênh);CPU -Bộxử lýtrungtâm

VDMS - Phần mềm GSDĐ và chẩn đoán;Monitor-Mànhìnhhiểnthịkếtquảgiámsát.

Hệ thống GSDĐ của ĐCTBK hàng không được thiết lập với mức độ cao, các cảm biến vận tốc dao động được bố trí tại tất cả các ổ đỡ trên đường trục của các cụm rô to của động cơ, giúp giám sát trực tiếp mức độ dao động và đột biến cao Tuy nhiên, đối với các động cơ có kết cấu đa trục, phức tạp như ĐCTBK tàu thủy (DR76), hệ thống này yêu cầu số lượng lớn cảm biến và chi phí chế tạo thiết bị cao, khiến việc lựa chọn và bố trí cảm biến gặp nhiều khó khăn do điều kiện về kết cấu và khai thác như nhiệt độ cao tại vị trí ổ đỡ Mặc dù chi phí cao, hệ thống này phù hợp để triển khai trong giám sát và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của ĐCTBK.

Trong nghiên cứu của RMR [90], giới hạn của luận án chỉ tập trung vào mức GSDĐ và phương án bố trí cảm biến dao động chung của DCTBK tại các bệ đỡ, thường chỉ từ 2 đến 3 bệ đỡ Điều này giúp giảm thiểu số lượng cảm biến, dễ dàng trong việc lắp đặt và bố trí mà không cần thay đổi kết cấu thiết bị, phù hợp với tiêu chuẩn RMR được áp dụng Các cảm biến không đặt ở những vị trí có nhiệt độ cao, đảm bảo cảm biến hoạt động hiệu quả hơn, có tuổi thọ dài hơn và tín hiệu dao động đo được không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu khắc nghiệt.

Dựa trên các bài toán mô hình hóa dao động ĐCTBK tàu thủy, tác giả đã lựa chọn phương án xây dựng cấu hình hệ thống tối ưu và đơn giản nhất về số lượng và chủng loại các cảm biến đo dao động Hệ thống bao gồm cấu hình của DAQ, CPU và tổng thể hệ thống truyền thông, nhằm đảm bảo hiệu quả đo lường và xử lý dữ liệu trong các nghiên cứu và ứng dụng hàng hải.

CáccảmbiếndùngđểđodaođộnghiệnđạiđượcnhiềuhãngnổitiếngtrênthếgiớichếtạonhưMM F(Đức),Omega(Singapor),IMI(Mỹ)…

Khilựachọncảmbiếnchohệthống(thiếtbị)GSDĐcủaĐCTBKtàuthuỷcầnquantâmtớicácđiềukiệ nlàmviệcvàđặctínhcủaĐCTBK,đặcbiệtlàtốcđộcaovàđiềukiệnlàmviệcphứctạp.

Trong luận án, NCS đã sử dụng cảm biến biến dạng IMI Series 640 của Mỹ, một cảm biến dạng Accelerometer chuyên dụng để đo GSD Động cơ với thiết kế dạng dây đôi, theo vòng loop và đầu ra 4-20mA chuẩn công nghiệp Cảm biến này có phạm vi đo từ 0 đến 10g RMS (tương đương 0 đến 98.1 m/s² RMS) và dải tần số từ 180 đến 60.000 cpm (3 đến 1 kHz), đảm bảo độ chính xác ±10% Đặc biệt, cảm biến đã đạt các chứng nhận ATEX và CSA, cho phép hoạt động an toàn trong các khu vực nguy hiểm, phù hợp cho ứng dụng trong môi trường công nghiệp đòi hỏi cao về độ an toàn và độ bền.

Thiếtbịhoạtđộngvớiđiệnápnguồncấptừ12÷30VDCvàđầuracóthểkếtnốitớicác hệ thống mạng thông dụng như PLC, DCS và SCADA Cảm biến S640 có thiết kếchắcchắn,làmtừvậtliệuthépchốngrỉvớikếtcấunguyênkhối.Thiếtbịđãđượckiểmnghiệmvề khảnăngchốngdaođộngvàchốngcháynổhếtsứcnghiêmngặt.Cảmbiếncódâydài3÷6m,gáđặtbằng đếnamchâmvĩnhcửuthuậntiệnchoviệclắpđặt,bốtrí.

DAQNI9234gồmcó:khungcDAQ9184với4slot(khecắm).Trongthínghiệmsử dụng 02 khe cắm (slot), 1 DAQ 9234 có 4 kênh lắp vào 1 khe cắm Như vậy, NCSdùng2DAQ9234(8kênh). ĐC TBK DR76

Laptop (CPU + VDMS) cDAQ 9184 Nguồn cấp điện

DAQ-NI 9234 có tốc độ lấy mẫu (Sample Rate) là 51,2 kS/s/channel (kênh) đápứngđược yêu cầu kỹthuậtđặtra chothiếtbịGSDĐcủaĐCTBKtàuthuỷ.

CPU của hệ thống đo là máy tính xách tay, cấu hình đủ mạnh cho thực hiện các chứcnăngđặtra.

Các VI chương trình phân tích, xử lý tín hiệu đo tương tự như phần mô phỏng ởchương 3 của luận án đã trình bày, được xây dựng trên nền LabView và toolkit SVT(Sound and Vivration Toolkit) Điểm khác ở đây là tín hiệu đầu vào là tín hiệu thực,được đo trực tiếp từ các bộ cảm biến qua bộ DAQ được chuyển sang dạng tín hiệu sốtrướckhiđưavàophầnmềmđãđượcxâydựng.

4.1.5 Bốtríthiết bịGSDĐ tạicácbệđỡĐCTBKDR76trên tàu375

Sơ đồ bố trí thiết bị đo và GSDĐ (trong thực nghiệm trên tàu 375) được thể hiệntrênHình4.4.

Trên tàu 375, thử nghiệm động cơ ĐCTBK DR76 được thực hiện với động cơ đặt trên hai bệ đỡ: bệ 1 phía máy nén và bệ 2 phía tua bin chân vịt Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ đã được trình bày chi tiết ở chương 3 Tại mỗi bệ đỡ, bố trí hai cảm biến gia tốc để đo dao động ngang theo hai phương vuông góc với trục quay của ĐCTBK tàu thủy, cùng với một cảm biến iatốc để đo dao động dọc, tổng cộng có sáu cảm biến Các tín hiệu thu thập từ cảm biến được truyền qua hai bộ góp dữ liệu để phân tích chính xác quá trình thử nghiệm.

NI DAQ-9234 (tổng là 8 kênh) và truyền tới máytínhđểxử lýbằngphầnmềmgiámsátvàchẩnđoánrungđộng(VDMS).

Trong nghiên cứu thực nghiệm, GSDĐ trên ĐCTBK DR76 sử dụng thiết bị đo dao động hiện đại, là kết quả của đề tài cấp Nhà nước có sự tham gia của NCS [24] Thiết bị này có khả năng đo đa kênh dao động gia tốc, được chế tạo với phần cứng là các môđun chuyển dụng đạt chuẩn công nghiệp của hãng NI Các thử nghiệm được triển khai dựa trên cơ sở thiết bị đã được xây dựng và hiệu chỉnh kỹ lưỡng (xem Phụ lục 6).

Ngoài ra, NCS sử dụng thiết bị chuẩn đoán đo động Fluker 810 của Mỹ kết hợp cảm biến gia tốc 3 trục để đo bổ sung, nâng cao độ chính xác của quá trình phân tích Thiết bị có khả năng tự động phân tích phổ tần và trình bày kết quả dưới dạng hình ảnh, đồng thời trích xuất dữ liệu máy tính qua cổng USB bằng phần mềm quản lý dữ liệu đi kèm Quá trình bố trí, lắp đặt thiết bị và đo đạc thực tế trên tàu 375 được mô tả chi tiết tại Phụ lục 7, đảm bảo tính khách quan và chính xác của các kết quả thu nhận.

Kếtquảthựcnghiệmđo,GSDĐtrênĐCTBKtàuthuỷ

Trong quá trình lưu trữ dữ liệu đo, NCS sử dụng màn hình hiển thị các thiết bị đo tại các kênh trên màn hình máy tính Dự án dựa trên vòng quay động cơ turbin khí được đo trực tiếp từ buồng điều khiển của máy, với người dùng nhập chương trình qua bàn phím (RPM) Phần mềm đã thiết lập tần số lấy mẫu (ví dụ: FsQ 200 mẫu/giây/1 kênh) để khuyến nghị lượng mẫu cần ghi Kết quả đo được hiển thị nhanh chóng trên các kênh đo, thể hiện rõ qua các hình ảnh minh họa trong hình 4.5 và hình 4.6.

Trong hình 4.5, cảm biến gia tốc ACC1 và ACC2 đo tại bệ số 1 theo hai phương thẳng đứng và ngang, nhằm ghi nhận chuyển động chính xác của cấu trúc Tương tự, các cảm biến ACC4 và ACC5 đo tại bệ số 2 cũng theo hai phương này để đảm bảo dữ liệu đồng bộ Ngoài ra, cảm biến ACC3 và ACC6 đặt tại hai bệ 1 và 2 theo phương dọc trục, giúp phân tích các chuyển động theo hướng dọc của hệ thống Những dữ liệu từ các cảm biến này cung cấp cái nhìn toàn diện về dao động và ứng suất của kết cấu trong các điều kiện khác nhau, hỗ trợ quá trình phân tích và kiểm nghiệm cấu trúc hiệu quả.

Hình 4.5.Hiển thị nhanh các tín hiệu gia tốc đo được trên bệ máy của ĐCTBK DR76 trên tàu

Hình 4.6.Hiển thị nhanh các tín hiệu gia tốc đo được trên bệ máy của ĐCTBK DR76 trên tàu

*.tdms Chế độ đo được theo dõi và lưu dữ liệu tự động để đáp ứng với các yêu cầunghiêmngặtkhithửtàuđườngdài.Vídụtênfileđượclưutrữ:ACC_HMS_100950_261018_1009(10 giờ9phút50giâyngày26tháng10năm2018,filetríchmẫusố1009).

Hình 4.7 Thư mục lưu giữ các THDĐ đo trên bệ máy của ĐCTBK

Hình4.8.Thưmụclưutrữ cácfilestínhiệu giatốcghilạidạng*.tdms

TrênHình 4.7thể hiện vị trí thư mục lưu trữ dữ liệu đo tại từng ngày thử nghiệm.Hình4.8thểhiệncácdữliệuđượcghilạikhiđotừngchếđộvòngquay.Chitiếtkếtquảđođạcbằ nghệthốngthiếtbịđãxâydựngcũngnhưbằngbộthiếtbịđo,chẩnđoánrungđộngFluker810 được tổnghợptrongPhụlục5.

Các cảm biến (sensors) được đánh dấu vị trí đặt tương ứng với kết quả lưu trữ dữliệuđượcxửlý.KếtquảđovàbiếnđổitínhiệuthuđượctừcảmbiếngiatốcACC2choĐCTBK DR76(trái)tàu375 được chỉratrênhình4.9,hình4.10vàhình4.11.

Hình4.9 KếtquảGSDĐtrênĐCTBKDR76(trái)tàu375 – hiểnthịRT,FFT,biếnđổitínhiệugiatốc-ACC2

Hình 4.10 Kết quả GSDĐ trên ĐCTBK DR76 (trái) tàu 375,

ACC2,vòngquay13500rpm,đơnvịđom/s 2 vàtheoRMR

Hình 4.11 Kết quả GSDĐ trên ĐCTBK DR76 (trái) tàu 375,

TươngtựvớikếtquảđovàbiếnđổitínhiệuthuđượctừcảmbiếngiatốcACC3c hoĐCTBKDR76(trái)tàu375,đượcchỉratrêncácHình4.12,Hình

Hình4.12.KếtquảGSDĐtrên ĐCTBKDR76(trái)tàu375–hiểnthịRT,FFTbiếnđổitínhiệugiatốc–ACC3

Hình 4.13 Kết quả GSDĐ trên ĐCTBK DR76 (trái) tàu 375,

ACC3,vòngquay13500rpm,đơnvịđo dBvàtheoRMR

Hình 4.14 Kết quả GSDĐ trên ĐCTBK DR76 (trái) tàu 375,

ACC3,vòngquay13500rpm,đơnvịđom/s 2 vàtheoRMR

Phântíchkếtquả

- Thiếtbịđođượckiểmtra,hiệuchỉnhvàcóchứngchỉxácnhậnchấtlượngtừhaicơquanchức năngcủaViệtNam(được chỉratrongphụlục).

- ĐCTBKtàuthuỷvớivậntốcquayđãnhậptừbànphím,phầnmềmxácđịnhđượcsốlầnlặpkhitrí chmẫutheovậntốcquayvàtầnsốtríchmẫuđãđặtcấuhình.Vídụtrênchota sốchukỳđượctríchmẫulà 28(chukỳ)–tạigiao diệntínhFFT.

TrênHình 4.13vàHình 4.14– đưa ra kết quả GSDĐ gia tốc so với các ngưỡngmứcA và B(hiểnthịbằngđènLED).

- KếtquảGSDĐchỉrarằng:tạivòngquaythử nghiệm(13500rpm),chếđộtrốngmáy,ĐCTBK DR76 trái đều có mức DĐN nằm trong vùng máy mới bảo dưỡng, sửachữa(dướingưỡngchophépA).

Kếtluậnchương4

Xây dựng tổng thể, lắp đặt, hiệu chỉnh hệ thống giám sát dao động đa kênh dùngđoĐCTBK tàuthuỷchothínghiệm trêntàuthực.

Thiết bị đo được kiểm tra, hiệu chỉnh cho phép chúng ta tin tưởng vào độ chínhxácchophépcủa thiếtbịđo(saisố5%theohồsơ).

Hệ thống giám sát dao động được lập trình tích hợp phần mềm đo, phân tích biến đổi FFT, Order FFT và 1/3-octave, cho kết quả chính xác cao Các phép biến đổi này phản ánh đúng quy luật của THDĐ tại từng cụm máy nén – tua bin, TBCV – hộp giảm tốc, trục chân vịt và các bộ phận của ĐCTBK, đặc biệt khi chúng hoạt động trên các bệ đỡ.

Các kết quả đo, phân tích, giám sát dao động trên các động cơ tua bin khí DR76trên tàu thủy Việt Nam phản ánh chính xác quy luật và tình trạng thực tế của động cơ qua mức độ rung động đo được Sự khác biệt rõ ràng giữa các động cơ cũ và mới cho thấy quá trình bảo dưỡng và cải tiến ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất vận hành Động cơ tàu thủy sau đại tu ở nước ngoài có mức dao động nằm trong vùng tương ứng (dưới mức A) theo các tiêu chuẩn đã đề cập, đảm bảo tính ổn định và an toàn trong vận hành.

Luận án đã thành công trong việc giám sát dạng dao động ngang, dạng dao động chính và quan trọng gây nguy hiểm cho an toàn của động cơ tua bin khí trong khai thác kỹ thuật máy Nghiên cứu tập trung vào hai bài toán chính: cân bằng động cho rotor của máy đặt trên máy cân bằng động (ứng dụng trong bảo dưỡng sửa chữa máy) và giám sát dao động máy tại hiện trường khi máy hoạt động theo chức năng trên tàu Các phương pháp đã được phát triển giúp nâng cao hiệu quả phát hiện và giám sát các dạng dao động này, góp phần đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu suất hoạt động của các thiết bị khí nén trong công nghiệp.

- Xâydựngđượccácmôhìnhchobadạngdaođộngcủamáy.Đềtàiđặtranhiệmvụgiámsátd ạngdaođộngquantrọngvànguyhiểmnhấtthườngxảyratrongkhaitháckỹthuậtđộngcơtuabinkh í từ badạngtrên,đólàgiámsátdaođộng ngangcủamáy.

- Mô phỏng giám sát mất cân bằng của các chi tiết rô to khi bảo dưỡng sửa chữachúng.ThựchiệnmôphỏngcânbằngđộngcácrôtocủaDR76trênmáycânbằngđộngB20(củ aIRDHoakỳ)theotiêuchuẩnmấtcânbằngdưISO1940/1.Kếtquảkiểmthửmôphỏngcânbằngđộ ngtrênmáycânbằngđộngcóđộtincậyđạt99%theotiêuchuẩnSchi.

Trong quá trình hoàn thiện cân bằng động rô to trên máy cân bằng động, nghiên cứu đã xây dựng mô hình hồi quy nhằm hiệu chỉnh chỉ báo mức độ mất cân bằng do thiết bị phần mềm đưa ra Kết quả từ mô hình này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong quá trình cân bằng mà còn có thể sử dụng để phát triển phần mềm cân bằng động rô to trên MCBĐ thực tế, nếu được xây dựng sau này.

Kết quả mô phỏng GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy đã kiểm chứng lý thuyết dựa trên toán học, thuật toán và cơ sở dữ liệu tham chiếu, từ đó xây dựng phần mềm GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy Thí nghiệm số GSDĐ tại Chương 3 cho thấy đề xuất các thuật toán và mô đun phần mềm trong LabView, đặc biệt là công cụ FFT và 1/3-Octave, giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống Kết quả mô phỏng xác nhận quá trình GSDĐ từ dữ liệu thí nghiệm trên ĐCTBK tàu thủy, hỗ trợ kiểm thử tính khả thi và chuẩn bị sẵn sàng để triển khai thiết bị đo GSDĐ đại diện.

Dự án đã thành công trong việc mô hình hóa và lập trình một số thiết bị tự động (VI) cho GSDĐ trên ĐCTBK tàu thủy, bao gồm xử lý THĐĐ cho GSDĐ, tính các mức dao động cho phép (mức A, B) cho ĐĐN, và ra quyết định GSDĐ Thử nghiệm trên ĐCTBK tàu thủy cùng tàu thực tế đã chứng minh tính chính xác của phương pháp nghiên cứu và cho thấy thiết bị nghiên cứu đã được giải mã công nghệ một cách khả thi.

Thực nghiệm trên động cơ DR76 mới thay thế, lắp đặt và cân chỉnh tại tàu 375 tại Cam Ranh, Khánh Hòa đã xác định rằng mức gia tốc dao động đã giảm đáng kể khi đo bằng thiết bị chuyên dụng Phân tích kết quả cho thấy mức gia tốc dao động giảm rõ rệt, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ và đảm bảo quá trình vận hành ổn định hơn Những phát hiện này khẳng định quá trình lắp đặt và cân chỉnh đúng quy trình giúp tối ưu hóa chức năng của động cơ DR76 trong điều kiện thực tế trên tàu.

- Hướng tiếp cận mới nên phát triển tiếp về dự báo và chẩn đoán bằng dao độngchoTBKtàuthuỷtrongkhaitháccơhệsử dụngĐCTBKtàuthuỷlaichânvịt.

1 Luu Minh Hai (Corresponding Author), Do Duc Luu (2021), “Multi- variableregressivemodelsfordiagnosticsoftheunbalancesonrapidrotorinshopdyna micbalance”,Proceedings of the 2nd Annual International Conference on Material,Machines and Methods for Sustainable Development (MMMS2020), LectureNotesinMechanicalEngineering,Springer,ChamPublishers,https:// doi.org/10.1007/978-3-030-69610-8_37,Online ISBN 978-3-030-69610- 8(ISI/Scopus),pp267-272.

2 Lưu Minh Hải ,ĐỗĐứcLưu(2020),"Môhìnhhồiquychẩnđoánmấtcânbằngrô to qua sử dụng phần mềm mô phỏng cân bằng động rô to cứng đặt trên máycânbằngđộng",TạpchíGTVT,Số8/2020,tr.106-108.

3 Lưu Minh Hải ,Đỗ Đức Lưu (2019), "Mô phỏng cân bằng động cho rô to bằngphần mềm mô phỏng cân bằng động rô to đặt trên máy cân bằng động",Tạp chíKhoahọckỹthuật ThuỷlợivàMôitrường,Số10/2019,tr.197-203.

4 ĐỗĐứcLưu,Lưu Minh Hải ,"Simulationofvibro- monitoringonnavalshipgasturbineengine",Proceedingsofthe2019InternationalConf erenceonPhysicsandMechanics of New Materials and Their Applications,Nova Science

Publishers,NewYork10/2020,ISBN:978-1-53618-255,Chapter28,pp.271-280.

5 Đỗ Đức Lưu,Lưu Minh Hảivà các tg (2017), "Mô phỏng dao động máy rô totàuthủy",TạpchíKHCNHàng Hải,Số49-01/2017,tr.8-13.

6 ĐỗĐứcLưu,Lưu MinhHải vàcáctg(2016),"Nghiêncứu,xâydựngmôphỏngdao động trên gối động máy cân bằng động đặt nằm ngang", Kỷ yếu Hội nghịquốctếvềKHCNHànghải2016, ISBN:978- 604-937-127-1,tr 136-143.

7 Đỗ Đức Lưu,Lưu Minh Hải(2015), “Đảm bảo thiết bị truyền tin cho cân bằngđộngrôtocứngđặttrênmáycânbằngđộng”,TạpchíGTVT,SốT9/2015,tr.63-66.

8 ĐỗĐứcLưu,LưuMinhHải(2015),“Nhậndạngtrạngtháimấtcânbằngdưcủarôtocứngt heophươngphápthốngkêđachiềutrongcânbằngđộng”,TạpchíKHCNHànghải,Số42-04/2015,tr.19-22.

9 Lưu Minh Hải ThànhviênthamgiađềtàiKHCNĐộclậpcấpQuốcgia(2015-2019), “Nghiên cứu, xây dựng mô phỏng Hệ động lực chính và trạm phát điệncho tàu biển chở hàng tổng hợp”, doTrường ĐHHHVN Chủ trì, GS L C Nhớlàm Chủ nhiệm đề tài MS.ĐTĐLCN 14-15 Nội dung số 20 “Nghiên cứu xâydựng phần mềm mô phỏng dao động và cân bằng máy rô to (máy phát điện tua- binkhíxả…)”.NghiệmthucấpQuốcgiatháng3/2019.

1 BộGiaothôngvậntải(2015),QuychuẩnkỹthuậtQuốcgia,Phâncấpvàđóngtàubiểnvỏthép(P hần3-Hệthốngmáytàu,Chương4-Tuabinkhí),QCVN21:2015.

2 Bộ Giao thông vận tải (2015), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân cấp và đóngtàubiểncaotốc,QCVN54:2015.

3 Bộ Giao thông vận tải (2013), Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia, Hệ thống kiểm soátvàduytrìtrạngtháikỹthuật máytàu,QCVN61:2013.

4 BộKhoahọcvàCôngnghệ(1998),TiêuchuẩnQuốcgia,Daocơhọccủacácmáyquay lớn có tốc độ từ 10 đến 200 vòng/giây - Đo và đánh giá cường độ dao độngtạivịtrílàmviệc,TCVN6371:1998.

5 Bộ Khoa học và Công nghệ (1998), Tiêu chuẩn Quốc gia, Dao cơ học của máyquay và máy chuyển động tịnh tiến - Yêu cầu cho thiết bị đo cường độ dao động,TCVN6372:1998.

6 Bộ Khoa học và Công nghệ (1998), Tiêu chuẩn Quốc gia, Dao động cơ học - Yêucầu về chất lượng cân bằng rôto - Xác định lượng mất cân bằng dư cho phép,TCVN6373:1998.

7 Bộ Khoa học và Công nghệ (1995), Tiêu chuẩn Quốc gia, Dao động và va đập cơhọc-Gálắpđầuđogiatốc,TCVN9224:2012.

8 Bộ Khoa học và Công nghệ (2012), Dao động cơ học - Đánh giá dao động máybằng cách đo trên các bộ phận không quay - Phần 3: Máy công nghiệp công suấtdanhnghĩatrên15kWvàtốcđộdanhnghĩagiữa120r/minvà15000r/minkhiđotạihiệntr ường,TCVN9229-3:2012(ISO10816-3:2009).

9 Đạihọc Hàng hải Việt Nam (2013), Tài liệu hướng dẫn cân bằng động rô to IRDBalancingB20củahãngsaukhisửachữa,nângcấp.

11 ĐỗĐứcLưu(2014),ỨngdụngcôngnghệLabViewvàNItronggiámsátdaođộngmáyrotortàut hủy, ĐềtàiNCKH,TrườngĐHHHVN.

12 ĐỗĐứcLưu(2015),Xâydựngcơsởtoánhọcvàtruyềntinchocânbằngđộngrôtocứng,Đềt àiNCKH,TrườngĐHHHVN.

13 ĐỗĐứcLưu,LạiHuyThiện(2015),“Nghiêncứu,xâydựnghệthốnggiámsátdaođộng cho tổ hợp diesel - máy phát điện tàu thủy”,Tạp chí KHCN Hàng hải, ĐạihọcHàng hảiViệtNam,Số42- 04/2015,tr.23-27.

14 ĐỗĐức Lưu, Lưu Minh Hải và Phạm Thành Văn (2015), “Nhận dạng trạng tháimất cân bằng dư của rô to cứng theo phương pháp thống kê đa chiều trong cânbằngđộng”,TạpchíKHCNHànghải,ĐạihọcHànghảiViệtNam,Số42-04/2015,tr.19-22.

15 ĐỗĐức Lưu, Lưu Minh Hải và Lại Huy Thiện (2015), “Đảm bảo thiết bị truyềntinchocânbằngđộngrôtocứngđặttrênmáy cânbằngđộng”,TạpchíGTVT,SốT9/2015,tr.63-66.

16 ĐỗĐức Lưu, Lưu Minh Hải, Lại Huy Thiện và Cao Đức Hạnh (2016),

Nghiên cứu và xây dựng mô phỏng dao động trên gối động của máy cân bằng động nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và độ bền của hệ thống Bài báo trình bày phương pháp mô phỏng dao động đặt nằm ngang, giúp phân tích các tác động khí động và rung động ảnh hưởng đến gối động Kết quả nghiên cứu góp phần tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu hao mòn và nâng cao độ tin cậy của các thiết bị hàng hải Nghiên cứu này được trình bày trong Kỷ yếu Hội nghị quốc tế về Khoa học công nghệ Hàng hải 2016 của Đại học Hàng hải Việt Nam, phát hành bởi NXB Hàng hải, từ trang 136 đến 143.

17 ĐỗĐức Lưu, Lại Huy Thiện, Lưu Minh Hải và Bùi Xuân Quỳnh (2017),

"Môphỏng dao động máy rô to tàu thủy",Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng