Đánh giá độ tin cậy của hệ thống động lực các tàu vận tải biển việt nam có sử dụng động cơ 6L350PN bằng phương pháp lôgic xác suất

Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng mô hình đánh giá ĐTC của HĐL các tàu vận tải biển Việt Nam có sử dụng động cơ 6L350PN bằng phương pháp lôgic xác suất.. Điều này có ý nghĩa rất lớ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TH V SẢN

NGUYỀN TRUNG HẢI

f)ẤMỈ GIÁ ĐỘ TIN CẬY

BẰNG PHƯƠNG PHÁP LOGIC XÁC SUẤT

Chuyên ngành: Thiết bị và các bộ phận năng lượng

trong tàu (chính và phụ)

Mã số: 2.03.05

LUẬN ÁN TIẾN Sĩ KỸ THUẬT

NGUỒI HƯỚNG DẪN K HOA HỌC:

1 TS Nguyễn Thạch

2 TS Đỗ Văn Kim

Nha Trang - Năm 2005

liệu, kết quả trong Luận án là trang thực và chưa từng được ai công b ố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả Luận án

Chương 1: Tổng quan về tình hình khai thác, sử dụng và nghiên cứu

độ tin cậy của hệ thống động lực các tàu vận tải biển Việt Nam 7

Chương 2: Cơ sở lý thuyết xác định độ tin cậy của hệ thống động lực

2.1 Các trạng thái kỹ thuật và phương pháp xác định độ tin cậy của hệ

động lực tàu thuỷ bằng phương pháp ỉôgic xác suất 79

3.2 Xử lý số liệu thống kê hư hỏng hệ thống động lực các tàu TS và HQ

3.3 Xác định độ tin cậy các phân hệ của hệ thống động lực tàu thuỷ có sử

3.3.1 Các phương án tính toán độ tin cậy các phân hệ của hệ thống động

lực tàu thuỷ

95

3.3.2 Kết quả xác định các chỉ tiêu độ tin cậy các phân hệ của hệ thống

3.4 Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán độ tin cậy của hệ

3.4.2 Thuật toán và chương trình tính xác suất làm việc hiệu suất thấp của

1 BDKT Bảo dưỡng kỹ thuật

sinh mạng con người trên biển

Ngày nay, vân đề ĐTC của sản phẩm càng trô nên quan trọng và cấp thiết hơn do nhu cầu cao về tính cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và giao thông vận tải, v.v Sự kém tin cậy của sản phẩm, làm xuất hiện những sự cố" của thiết bị, phải mất chi phí cho sửa chữa hoặc phải dừng máy và có những trường hợp dẫn đến tai nạn với tổn thất lớn, trong đó

có cả sinh mạng con người

Đốì với tàu thuỷ, an toàn trên biển là vấn đề cực kỳ quan trọng, khả năng

cơ động của con tàu được quyết định bởi ĐTC của HĐL Các tàu vận tải biển đóng tại Việt Nam với tỷ lệ nội địa hoá không quá 30%, trong đó sử dụng 100% động cơ chính của nước ngoài Mặc dù đã thực hiện đầy đủ các vêu cầu kỹ thuật khi thiết k ế và chế tạo, nhưng do ảnh hưởng của điều kiện môi trường, do trình

độ khai thác và quản lý chưa tốt của người sử dụng, v.v dẫn đến chất lượng làm việc của HĐL bị suy giảm (hằng năm vẫn xảy ra hư hỏng) Thực tế cho thấy, thiết bị năng lượng trên tàu chiếm 60-80% toàn bộ các hư hỏng, trong đó 80-90% rơi vào các động cơ chính, thiết bị bổ trợ và các hệ thông bơm [34] HĐL là trái tim của con tàu, khi HĐL hỏng tàu sẽ dừng hoạt động Thực sự để làm chủ được tính năng kỹ thuật thì vấn đề không dừng lại ở khâu thiết kế, tính toán, lắp ráp và phục hồi, mà điều quan trọng là phải phân tích, đo đạc và nắm bắt được một cách đinh lượng các chỉ tiêu, các trạng thái kỹ thuật cụ thể của các HĐL Vì vậy, việc nghiên cứu để duy trì HĐL đảm bảo được định mức khai thác, sử dụng có hiệu quả và an toàn là hết sức cần thiết Điều đó có nghĩa là cần phải xác định chính xác các tham số ĐTC thực tế của HĐL trong những thời điểm xác định

Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu ĐTC của một sô" phần tử

cá biệt (các ĐCĐT là chủ yếu), nhưng chưa có công trình đánh giá ĐTC của toàn

thời hạn khai thác kỹ thuật của chúng [58].

Từ các lý do trên, việc thực hiện đề tài luận án: “Đánh giá độ tin cậy của

hệ thống động lực các tàu vận tải biển Việt Nam có sử dụng động cơ 6L350PN bằng phương pháp ỉôgic xác suất ” nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết, có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn quan trọng

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng mô hình đánh giá ĐTC của HĐL các tàu vận tải biển Việt Nam

có sử dụng động cơ 6L350PN bằng phương pháp lôgic xác suất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là HĐL các tàu vận tải biển Việt Nam

có sử dụng động cơ 6L350PN

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xác định chỉ tiêu không hỏng và chỉ tiêu tổng hợp của HĐL các tàu vận tải biển trọng tải 1000T và 450T

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiền của luận án

- Ý nghĩa khoa học: Đề tài xây dựng nguyên lý giải pháp xác định ĐTC

của HĐL bằng phương pháp lôgic xác suất Góp phần làm phong phú sự vận dụng các phương pháp hiện đại để đánh giá chính xác một số chỉ tiêu ĐTC của HĐL trong điều kiện Việt Nam

- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Xác định được các đặc trưng ĐTC, qui luật của quá trình hư hỏng các

phần tử và xác định được những phần tử có ĐTC thấp làm cơ sở khoa học để đề xuất các biện pháp tổ chức, quản lý và xây dựng các qui trình khai thác sử dụng hợp lý nhằm nâng cao ĐTC của HĐL (lập biểu đồ tiêu chuẩn BDKT, giảm được chi phí khai thác sử dụng và làm luận cứ để xác định thời hạn bảo hành tối ưu

HĐL, v.v ) Điều này có ý nghĩa rất lớn trong quá trình phát triển của ngành côns nghiệp tàu thuỷ Việt Nam, khi chúng ta còn phải mua sắm nhiều thiết bị của nước ngoài.

+ Trên cơ sở đánh giá chính xác ĐTC và xác định đúng qui luật xuất hiện

hư hỏng các phần tử của HĐL, chúng ta có thể xây dựng các mô hình kiểm tra,

dự báo tình trạng kỹ thuật, kịp thời phát hiện và loại trừ hư hỏng bất thường trong quá trình khai thác tàu

5 Phương pháp nghiên cứu đề tài

Đề tài được thực hiện theo phương pháp nghiên cứu lý thuyết, chủ yếu là xây dựng mô hình toán lôgic xác suất Để đánh giá ĐTC của HĐL, đề tài đã sử dụng kết hợp các phương pháp phân tích sô" liệu thống kê, phân tích cấu trúc và phân tích cây hư hỏng với sự ượ giúp của lập trình trên máy tính

6 Nội dung nghiên cứu đề tài luận án

Nội dung nghiên cứu đề tài luận án thể hiện trên sơ đồ hình 0.1

Hĩnh 0.1 Sơ đồ nghiên cứu đánh giá độ tin cậy

của hệ thống động lực tàu thuỷ

và đánh giá ĐTC của HĐL trên Thế giới và ở Việt Nam Trình bày khái niệm về các dạng hỏng, các dạng bài toán ĐTC và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ĐTC của HĐL các tàu vận tải biển Việt Nam.

Chương 2: Xây dựng cơ sở lý thuyết của luận án Phân tích các trạng thái

kỹ thuật của HĐL, nghiên cứu một sô" phương pháp tính toán ĐTC đang được ứng dụng ương lĩnh vực KHKT Trên cơ sở đó, xác lập phương pháp luận nghiên cứu

đề tài là xây dựng mô hình đánh giá ĐTC của HĐL với tư cách là một hệ thông

kỹ thuật phức tạp Mô hình toán được xây dựng trên cơ sở lý thuyết ĐTC, phương pháp phân tích sô" liệu thông kê, phân tích cẩu trúc và phân tích cây hư hỏng Đề xuất sử dụng phương pháp lôgic xác suất (phân tích cấu trúc kết hợp phân tích cây hư hỏng) để đánh giá ĐTC của HĐL trong điều kiện ở Việt Nam

Chương 3: Đánh giá định lượng một sô" chỉ tiêu ĐTC của các phần tử qui

đổi thuộc HĐL các tàu vận tải biển Việt Nam có sử dụng động cơ 6L350PN giai đoạn 1993-2002 Từ cơ sở phương pháp luận và mô hình toán ở chương 2 thiết lập các phương trình lôgic xác suất, xây dựng thuật toán và chương trình giải bài toán ĐTC của HĐL trên máy tính Nhận xét và đánh giá kết quả

Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Thuỷ Sản Nhân dịp này, tác giả xin trân trọng bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc tới các Thầy hướng dẫn khoa học, các Thầy trong Khoa Cơ Khí Trường Đại học Thuỷ sản, Khoa Cơ Khí Trường Đại học Giao thông Vận tải, Đại học Hàng Hải, Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Hải Quân, Học viện Kỹ thuật Quân Sự, các nhà khoa học cán bộ quản lý, các cơ quan chức năng, các đơn vị tàu vận tải của Hải Quân và các đồng nghiệp

đã nhiệt tình giúp đỡ ưong quá trình thực hiện luận án này

Chương 1

TỔNG QUAN VỂ TÌNH HÌNH KHAI THÁC, s ử DỤNG VÀ

NGHIÊN CỨU Đ ộ TIN CẬY CÁC HỆ T H ốN G ĐỘNG L ự c

TÀU VẬN TẢI BIỂN VIỆT NAM

1.1 Tổng quan tình hình khai thác, sử dụng đội tàu vận tải biển Việt Nam

Chỉ tiêu chung của ngành Hàng hải Việt Nam trons 5 năm 2001-2005 là: Tổng sản lượng vận tải biển đạt 132 triệu tấn, trong đó vận tải nước ngoài đạt hơn 80 triệu tấn, trong nước đạt 51 triệu tấn Dự kiến riêng năm 2005, nhu cầu vận chuyển hàng hải xuất nhập khẩu bằng đường biển khoảng 69 triệu tấn, trong

đó đội tàu biển Việt Nam khả năng phải vận chuyển 15-18 triệu tấn, vận tải nội địa đạt 14 triệu tấn Vận tải ven biển có nhịp độ tăng trưởng cao hơn vận tải viễn dương, do nhu cầu vận tải các mặt hàng như xi măng, phân bón, than cho các tỉnh phía Nam và vận chuyển nguyên vật liệu cho khu công nghiệp Dung Q u ấ t

[Nguồn TCGTVT số 2.2002] Chính vì thế, đội tàu vận tải biển trong những năm

qua không ngừng phát triển cả về số lượng và chất lượng Bảng 1.1 thống kê sự phát triển của đội tàu biển Việt Nam trong thời gian từ 1993 đến 2001

Tổng dung tích,

GT

Tổng trọng tải,

tân

r Ỵ I Ẩ?

Tông công suất,

cv

Tuổi trung bình,

năm

Hoạt động tuyến biển Việt Nam,

-Các số liệu trên bảng 1.1 cho thấy, đội tàu vận tải biển V iệt Nam liên tục

phát triển về sô" lượng Tuy nhiên, còn khoảng 70-80% các loại tàu vận tải biển đang sử dụng đã lạc hậu, già nua, tuổi trung bình từ 13-14 năm, so với Thế giới

là ở mức cao Vì vậy, hiện nay ngành GTVT đang quan tâm đúng mức đến việc không ngừng nâng cao ĐTC của đội tàu hiện có Với số lượng lổn và những đặc điểm đồng nhất của từng kiểu tàu, sẽ cung cấp đủ dung lượng mẫu đáp ứng các yêu cầu khảo sát và nghiên cứu ĐTC của HĐL trong điều kiện V iệt Nam

Nhu cầu vận tải biển không ngừng tăng lên, vừa là cơ hội nhưng cũng là thách thức lớn cho ngành CNĐT Việt Nam VI ngành vận tải biển luôn mang tính toàn cầu, cho nên những con tàu hoạt động trên biển phải đạt được những tính năng và tiêu chuẩn theo các công ước quốc tế Đã có nhiều tàu được sản

doanh nghiệp Nhà nước Đây là các điều kiện để tập hợp các số liệu thông kê hư hỏng, là cơ sỏ tin cậy để tính toán chính xác ĐTC của HĐL.

Với xu thế phát triển và hội nhập, trên cơ sở chiến lược phát triển kinh tế,

xã hội 2001-2010 và k ế hoạch 5 năm 2001-2005 do Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX đề ra, TCTCN tàu thuỷ Việt Nam đã xác định phương hướng và mục tiêu sản xuất kinh doanh, đầu tư phát triển với các chỉ tiêu sản phẩm đóng mới đa dạng các loại tàu phục vụ kinh tế, an ninh quốc phòng và xuất khẩu Trong đó, tiếp tục đóng mới loại tàu hàng trọng tải 1000 tấn và 450 tấn phục vụ vận tải quốc phòng Cả nước hiện có trên 60 nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thuỷ, chủ yếu nằm dưới sự quản lý của Tổng công ty, Bộ Quốc phòng và Bộ Thuỷ sản, nhưng phần lớn đều có hệ thông nhà xưởng và trang thiết bị chưa hiện đại Năng lực hiện tại về công nghệ chế tạo của ngành cồng nghiệp tàu thuỷ còn lạc hậu,

so với các nước phát triển trong khu vực Tiếp tục hoàn thiện đầu tư các dự án nâng cấp các nhà máy đóng tàu và sửa chữa tàu biển hiện có như Bạch Đằng, Sông Cấm, Bến Kiền, Sông Lô, Bến Thuỷ, Nha Trang, Đóng tàu 76, sửa chữa tàu biển và giàn khoan, Tàu biển Sài Gòn, cầ n Thơ, Hạ Long, Sửa chữa tàu biển Phà Rừng Có kế hoạch lập các dự án mới xây dựng nhà máy đóng tàu và sửa chữa tàu biển, mở rộng liên doanh Hyundai-Vinashin TCTCN tàu thuỷ đã có những bước tiến quan trọng về đầu tư phát triển tăng năng lực, về KHCN vươn lên ngang tầm các nước trong khu vực Sản lượng hàng hoá năm 2000 tăng gấp 4 lần so với năm 1995, nhịp độ tăng trưởng bình quân trong 5 năm liên tục tăng ừên dưới 25%, năm 2000 tăng gần 30% [Nguồn TCGTVT sô"5.2002] Trong tiến trình phát triển của ngành CNĐT, ngày 29.8.2003 nhà máy đóng tàu Hạ Long - Quảng Ninh tể chức lễ đặt ky đóng mới tàu 12.500 tân, dự kiên sẽ đóng 08 chiếc

cùng loại đến năm 2005 theo hợp đồng với Tổng công ty Hàng hải Việt Nam Ngày 30.9.2003 nhà máy đóng tàu Bạch Đằng thuộc TCTCN tàu thuỷ Việt Nam

đã khởi công đóng 02 tàu trọng tải lớn nhất trong lịch sử nsành đóng tàu Việt Nam, đó là tàu hàng 15.000 tấn và tàu dầu 13.500 tấn

Như vậy, để đáp ứng yêu cầu chất lượng sử dụng ngày càng cao không chỉ ở trong nước mà còn phục vụ xuất khẩu, chúng ta cần phải có phương pháp tính toán phù hợp ĐTC của HĐL cho tất cả các giai đoạn từ thiết kế, chế tạo đến giai đoạn khai thác sử dụng tàu

1.1.2 Đặc điểm các tàu vận tải biển sản xuất tại Việt Nam

1.1.2.1 Xét về mặt tổng quát

Các tàu thuỷ được sản xuất tại Việt Nam có các đặc điểm chính sau đây:

1 Phần lớn các tàu được thiết kế do Đăng kiểm nước ngoài giám sát, nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng cao

2 Các tàu được thiết kế, chế tạo trong môi trường khí hậu phức tạp (nhiệt đổi, nóng ẩm) có nhiều tác động xấu đến ĐTC của HĐL

3 Con tàu là sản phẩm được ra đời trong điều kiện công nghệ sản xuất chưa hiện đại, phương tiện sản xuất còn thiếu và cùng một kiểu tàu nhưng do nhiều nhà máy sản xuất nên việc tiêu chuẩn hoá và tính đồng nhất chưa cao

4 Hầu hết các thiết bị vật tư, phụ tùng quan trọng của HĐL, trong đó 100% các động cơ chính phải nhập từ các nước sản xuất ở điều kiện tiêu chuẩn khác Việt Nam, đặc biệt hên một số tàu còn sử dụng nhiều thiết bị của nhiều nước khác nhau gây khó khăn trong việc khai thác sử dụng

Từ các đặc điểm ừên dẫn đến nhiều TBKT trên tàu có chất lượng làm việc thấp, việc sửa chữa phức tạp và mất nhiều thời gian ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác tàu

1.1.2.2 Xét về mặt độ tin cậy

Xét về mặt ĐTC, HĐL có các đặc điểm sau:

1 HĐL gồm nhiều phần tử hợp thành, các phần tử đa dạng về kiểu loại

có nhiều chế độ làm việc khác nhau và hầu hết các phần tử có thể phục hồi được sau khi bị hỏng Bởi vậy, việc tính toán ĐTC của HĐL rất phức tạp

2 Trong sơ đồ chức năng của HĐL, luôn thể hiện rõ sự liên hệ giữa các phần tử phức tạp với nhau, đây chính là cơ sở để lựa chọn các phương pháp nghiên cứu tính toán hợp lý ĐTC của HĐL

3 HĐL là hệ thống kỹ thuật có áp dụng chế độ BDKT và KSĐK Đặc điểm này rất quan trọng, cần phải lưu ý khi đánh giá ĐTC thực tế và đề xuất các biện pháp nâng cao của HĐL

4 Vận hành và khai thác HĐL còn nhiều phức tạp Đây là nguyên nhân làm ảnh hưởng lớn đến ĐTC của HĐL

Các đặc điểm trên cho thấy HĐL rất phức tạp về mặt ĐTC, vì vậy việc lựa chọn các phương pháp thích hợp để đánh giá ĐTC của HĐL trong điều kiện Việt Nam, đang là một yêu cầu cấp thiết và mang tính thời sự

1.1.3 Một sô'tàu vận tải biển do Việt Nam sản xuất từ năm 1990 -2003

Hơn 10 năm qua, ngành CNĐT Việt Nam không ngừng lớn mạnh, đã cho

ra đời nhiều loại tàu hàng đạt chất lượng cao có trọng tải từ 450 tân đến 6.500 tấn, 11.500 tân và một số tàu chuyên dụng để xuất khẩu

Bảng 1.2 và 1.3 [12] giới thiệu một số kiểu tàu có động cơ chính kiểu 6L350PN, được hạ thuỷ từ năm 1990 đến 2003, hiện đang được sử dụng trong ngành vận tải biển Việt Nam

Bảng 1 2 Một số tàu vận tải biển do Việt Nam sản xuất

Tính đến đầu năm 2002, đội tàu biển quốc gia Việt Nam có 770 chiếc, vổi tổng trọng tải 1.932.517 DWT (tương đương 1.393.948 GT) Đội ngũ chủ tàu (nhà quản lý tàu) cũng khá đông đảo, đến tháng 3.2002 cả nước có 242 chủ tàu (Miền Bắc: 146, Miền Trung: 24 và Miền Nam: 72) Năm 2001 tổng sản lượng vận tải biển quốc gia đạt 19,359 triệu tấn, tăng 7,25% so với năm 2000 Vận tải nội địa đạt 5,86 triệu tấn, tăng 4,7% so với năm 2000 Nhiệm vụ k ế hoạch năm

2003 lĩnh vực hàng hải: vận tải biển sản lượng tăng 08% so với năm 2002, hàng hoá thông qua cảng biển tăng 12% so với năm 2002; sản xuất công nghiệp: ổn định đóng tàu 6.500-7.000 tấn, tiếp tục đóng tàu 12.500, 11.500 tấn, đóng tàu dầu mẫu 13.500 tấn [Nguồn Tạp chí GTVT sô" 9.2003]

Nhà máy sản xuất

Trong bảng 1.3, loại tàu trọng tải 1000 tấn và 450 tấn có số lượng khá lổn (31 chiếc) được chọn làm đối tượng khảo sát để giải bài toán ĐTC trong luận án

Qua các tài liệu tham khảo được dẫn ở cuối luận án cho thấy những năm đầu của Thế kỷ XX vấn đề ĐTC của các TBKT vẫn chưa được đánh giá đúng mức ĐTC của các thiết bị cơ khí được giải quyết chủ yếu theo quan điểm đảm bảo độ bền vững và độ chính xác của các chi tiết và kết cấu máy Năm 1930 người ta bắt đầu quan tâm đến ĐTC trong lĩnh vực xây dựng.

Từ năm 1950 nhiều hãng sản xuất của các nước như Mỹ, Liên Xô cũ và các nước Châu Âu khác đã xây dựng những trung tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm và ĐTC của các thiết bị điện và vô tuyến điện Những tiểu ban

“Chất lượng và ĐTC” cấp Nhà nước đã được thành lập Nhiều Hội nghị Quốc tế

về ĐTC đã được tổ chức Nhiều kết quả trong việc xây dựng các phương pháp đánh giá và thử nghiệm ĐTC đã được công bô" công khai [4]

Vào khoảng năm 1954-1956 đã xuất hiện những cuốn sách đầu tiên viết

về ĐTC của các TBKT Nhờ những cô" gắng này mà lý thuyết ĐTC đã nhanh chóng ưở thành một bộ môn khoa học độc lập, có ý nghĩa thực tiễn lơn

Những năm 1960-1970 là thời kỳ phát triển rất mạnh của lý thuyết ĐTC, xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về cơ sở toán học của lý thuyết ĐTC, lý thuyết xác suất thông kê và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên, v.v Sự phát triển của lý thuyết ĐTC vào cuối những năm 1960 gắn liền với sự phát triển của

các hệ thông phức tạp và máy tính điện tử Năm 1962 đã có một bài báo ở Mỹ

viết về ĐTC của HĐL trong ngành đóng tàu thủy [34]

Từ năm 1980 đến nay lý thuyết ĐTC đã được ứng dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực khoa học và đời sống Nhiều tài liệu, sách báo, các công trình nghiên cứu về ĐTC đã được đông đảo các nhà khoa học công bô" công khai, trong đó có nhiều công ưình đã được các nhà sản xuất quan tâm ứng dụng, nhiều

nhất là Liên Bang Nga, Mỹ và Pháp.

Đối với các ưang thiết bị trên tàu thuỷ, thì động cơ chính (chủ yếu là các ĐCĐT) là đốì tượng được quan tâm nhiều nhất Một số phương pháp tính toán

chỉ tiêu ĐTC của các động cơ tàu thuỷ đã được đề cập trên một số tài liệu khoa

học và tạp chí chuyên ngành

Các tác giả B.V.Gnedenko, IƯ.K.Beliaev, A.D.Xoloviev [10] năm 1965

đã đưa ra những phương pháp toán học chung nhất để giải quyết các bài toán về ĐTC và kiểm tra chất lượng sản phẩm kỹ thuật Đây là một trong số ít tài liệu mang tính kinh điển trình bày nhiều vấn đề về ĐTC, hiện nay vẫn còn giữ nguyên giá trị khoa học

Viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Liên Bang Nga, Tiến sĩ khoa học, Giáo sư I.A.Riabinhin và Tiến sĩ khoa học, Giáo sư IƯ.M.Porphenov năm 1997 [57] đã giới thiệu các phương pháp tính toán ĐTC, sức sông và tính an toàn của hệ thông năng lượng điện trên các tàu chiến đấu của Hải quân Liên Bang Nga Trong quá trình tính toán ĐTC của các hệ thống điện phức tạp hai tác giả trên đã sử dụng phương pháp lôgic xác suất, trong đó đi sâu phân tích sơ đồ cấu trúc của hệ thống dưới dạng đường và lát cắt, đây là thành công lớn nhất của công trình Phân tích sơ đồ cấu trúc đã và đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi để đánh giá ĐTC của hệ thông điện, điện tử, các tác giả đã dự báo việc áp dụng cho hệ thốn2 động lực tàu thuỷ sẽ có nhiều phức tạp Tuy nhiên, phân tích sơ đồ cấu trúc chính là một sự gợi ý quan trọng để tác giả luận án nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá ĐTC của HĐL trong điều kiện Việt Nam

Các tác giả B.V.Vaxiliev - X.M.Khanhin năm 1989 [59], V.I Nhebexnov năm 1974 [61], Karpov năm 1975 [62], Krưlov năm 1978 [63] và N.Ph.Zupko năm 1992 [64] đã giới thiệu cách tính ĐTC của động cơ Diesel tàu thuỷ, phương pháp lựa chọn các chế độ công tác tối ưu cho tổ hợp tàu thuỷ, xác định ĐTC và

dụng lý thuyết xác suất thông kê, đã góp phần làm phong phú thêm các phương pháp đánh giá ĐTC của các thiết bị, chi tiết máy độc lập và đang được một sô" nhà khoa học ở Việt Nam vận dụng để nghiên cứu đánh giá một sô" chỉ tiêu ĐTC của các động cơ Diesel và một sô" thiết bị điện công nghiệp thông dụng khác.

Các tác giả R.V.Kurmin năm 1974 [68]; O.R.Xmimov, Ph.L.Iudixky năm

1974 [67] và Trunhin C.Ph năm 1980 [69] đã trình bày phương pháp phân tích các ưạng thái kỹ thuật và ĐTC của các máy móc cơ khí tàu thuỷ, ĐTC của thiết

bị năng lượng, của các máy chính và máy phụ tàu thuỷ hoạt động ở vùng biển thuộc Liên Bang Nga Các công trình này đã cho thây việc xác đinh và phân tích các trạng thái kỹ thuật của thiết bị là hết sức quan trọng trong quá trình đánh giá ĐTC Hạn chế của các phương pháp ưong các công trình trên là chỉ áp dụng cho từng cá thể riêng biệt Tuy vậy, phương Dháp luận của các công trình này chính

là cơ sở khoa học để tác giả luận án nghiên cứu vận dụng kết hợp các phương pháp tiên tiến nhằm đánh giá ĐTC của HĐL ở Việt Nam

Tác giả A.Sipov năm 1998 [58] trong bài báo của mình đăng trong tuyển tập Hải quân Nga đã đặt vấn đề cần thiết phải tiến hành công tác kiểm tra ĐTC các thiết bị trên các tàu chiến đấu Thiết nghĩ, vân đề này cũng là những kiến nghị rất cần thiết trong giai đoạn đang phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam Do điều kiện kinh tế, kỹ thuật còn hạn chê", cho nên phải 5-10 năm nữa ý tưởng này mới có thể trở thành hiện thực ở nước ta

Trong bài báo của tác giả Krishna B.Misra tại Ấn Độ năm 1993 [70], trình bày mục đích của việc sử dụng tập mờ để nghiên cứu các trạng thái của TBKT Đây là một trong những hướng nghiên cứu mới đans được nhiều nhà khoa học quan tâm khi tính toán ĐTC của T B K ^ ị^ n ^ - ^ í l i ĩ ^ ệ n ^ l có thể xác

t V i c r

định chính xác các ưạng thái của chúng Nội dung chủ đạo của bài báo có ý nshĩa rất thiết thực trong quá trình nghiên cứu ĐTC của các thiết bị kỹ thuật, trong điều kiện thiếu thông tin và nhất là không có đủ điều kiện để tiến hành thực nghiệm nhiều lần như ở Việt Nam.

Cũng trong bài viết của các tác giả O.Pourret và I.Collet tại Pari-Pháp năm 2002 [72] đã đề xuất phương pháp dùng máy tính để xác định độ không sẩn sàng của các hệ thống thành phần đa trạng thái, phương pháp này dựa trên cơ sở cấu trúc lôgic của hệ thông có thể tồn tại dưới dạng sơ đồ cây hư hỏng Tuy nhiên, những ý tưởng ban đầu của phương pháp này đã được Z.W.Bimbaum và một số nhà khoa học khác báo cáo từ những năm 1975 tại trường Đại học Wasshington Mỹ [73] Phân tích sơ đồ cây hư hỏng là cơ sở để áp dụng các phép toán lôgic khi xác định xác suất hư hỏng của HĐL Các công trình trên đã mang lại những đóng góp lổn trong quá trình tìm kiếm các phương pháp hiện đại để đánh giá ĐTC của các hệ thông phức tạp Phương pháp phân tích cây hư hỏng cho phép xét đến các nguyên nhân gây hỏng và dễ dàng ứng dụng máy tính trong quá trình tính toán Phương pháp phân tích sơ đồ cây hư hỏng giới thiệu trong các công trình trên đã được tác giả luận án nghiên cứu vận dụng để xây dựng phương pháp đánh giá ĐTC của HĐL ở Việt Nam

Nhìn chung các công trình của các tác giả nước ngoài đã đi sâu nghiên cứu cơ sở lý thuyết ĐTC, các phương pháp tính toán các chỉ tiêu ĐTC, các phương pháp thử nghiệm thống kê và các trạng thái kỹ thuật của TBKT Các công trình đã đóng góp lớn vào sự phát triển của nền kinh tế T hế giới và làm nền tảng khoa học cho các nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lý thuyết ĐTC trên nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, trong điều kiện cơ sở vật chất đầy đủ, máy móc thí nghiệm hiện đại, số lượng thiết bị cần khảo sát lớn, nên việc đánh giá ĐTC ở các nước ngoài thường sử dụng các phương pháp giải tích, mô phỏng (mô

hình) và thực nghiệm Chưa có một công trình nào nghiên cứu chuyên sâu về những phương pháp tính toán ĐTC cho HĐL Điều này cho thấy rất khó có thể

áp dụng riêng lẻ một phương pháp nào đó để đánh giá ĐTC của toàn bộ HĐL ưong điều kiện Việt Nam Từ các cơ sở trên đây tác giả luận án đã xác định được mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu đúng theo tên của đề tài

1.2.2 Ở Việt Nam

ở Việt Nam, do nhiều lý do khác nhau chúng ta chưa có đủ điều kiện để

áp dụng rộng rãi những thành tựu của khoa học ĐTC Song, với các TBKT ngày càng tăng nhanh cả về sô" lượng và chất lượng, thì vân đề quan trọng đặt ra là sử dụng chúng như thế nào để đạt được hiệu quả cao nhất Trong đó, bảo đảm chất lượng sản phẩm cao cũng là một yêu cầu hàng đầu của các nhà sản xuất và sử dụng Lý thuyết ĐTC sẽ giúp chúng ta có thể đạt được điều mong muôn trên một cách mỹ mãn [4]

ĐTC đã trở thành chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt trong sự nghiệp CNH-HĐH đất nước, ngày càng xuất hiện nhiều hệ thông kỹ thuật có cấu trúc phức tạp, nhằm hoàn thành những chức nãnơ quan họng khác nhau Vấn đề ĐTC ngày càng được quan tâm nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng rộng lớn của các nhà khoa học, các kỹ sư, các nhà kinh t ế và các nhà tổ chức quản lý sản xuất ưong mọi lĩnh vực, như điện tử, cơ khí, xây dựng, các ngành cồng nghiệp, giao thông vận tải, sinh học và y học Giải quyết vân đề ĐTC trở thành một nhiệm vụ có ý nghĩa hàng đầu, nhằm khai thác một nguồn dự trữ lớn lao, nâng cao hiệu quả lao động và sức sản xuất xã hội Với đặc thù và phương pháp luận của mình, nghiên cứu ĐTC đã làm xuất hiện một lĩnh vực mới của khoa học và kỹ thuật bến cạnh các khoa học khác, đó là khoa học về ĐTC [4]

Lý thuyết ĐTC được đưa vào chương trình giảng dạy ở một sô" trường đại học kỹ thuật và trung học chuyên nghiệp từ cuối những năm 1950, đầu năm

1960 Lúc đầu được giảng dưới dạng chuyên đề, sau đó được xây dựng thành những chương trình chính khóa Nhiều viện nghiên cứu, trường đại học đã xây dựng các phòng thí nghiệm và bộ môn về ĐTC [4].

Từ những năm 1970 nước ta đã bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực ĐTC, có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều bài báo viết về ĐTC có giới thiệu trong danh mục tài liệu tham khảo của luận án này

Các tác giả của sách giáo khoa, giáo trình và các công trình nghiên cứu [2], [4], [7], [15], [20], [21], [23], [27], [42] và [44] đã trình bày rất phong phú các phương pháp nghiên cứu ĐTC của các thiết bị vô tuyến điện tử, hệ thống điện công nghiệp, các hệ thông năng lượng tàu quân sự, tàu thuỷ, các công trình thuỷ, trong các thiết k ế kỹ thuật và ưong lĩnh vực ô tô máy kéo Tuy nhiên, chưa

có công trình nào nghiên cứu đánh giá ĐTC của cả HĐL, mà chỉ tính toán từng cụm chi tiết hoặc từng hệ thống thiết bị và bằng một phương pháp duy nhất

Các công trình khoa học đã công bô" qua các tài liệu [1], [3], [7], [22], [35] cho thấy sự quan tâm của các tác giả đến các lĩnh vực cơ học, xây dựng các công trình ngoài biển, các hệ thông điện tàu thuỷ và trên đầu máy của ngành đường sắt Việt Nam Các phương pháp thường được sử dụng là xác suất thông

kê, lý thuyết bền m ỏ i và cũng chưa thể ứng dụng cho HĐL

Các luận án [1] và [7] là hai trong số rất ít các công trình khoa học đi sâu

nghiên cứu ĐTC của các lĩnh vực phức tạp là hệ thống lưới điện quốc gia, hệ thống truyền động điện đầu máy tàu hoả Đây là hai trong số ít công trình rất thành công trong lĩnh vực lưới điện Quốc gia và đầu máy tàu hoả, qua đây cho thây việc nghiên cứu đánh giá ĐTC của HĐL bằng phương pháp thích hợp trong điều kiện Việt Nam là yêu cầu câp thiết

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về ĐTC của HĐL ở Việt Nam đang là vân đề mới, số lượng rất ít và chỉ xác định được các chỉ tiêu ĐTC của

từns phần tử hoặc ứng dụng một sô" phương pháp toán học để tính toán và chẩn đoán kỹ thuật của động cơ Diesel Đã có ứng dụng phương pháp xác suất thông

kê toán học để tính toán ĐTC trong các lĩnh vực hệ thống điện, vô tuyến điện tử, đầu máy tàu hoả, máy xúc và một sô" phần tử cá biệt của HĐL Các công trình nghiên cứu đều có k ế thừa của các tác giả nước ngoài Một số tài liệu, luận án Tiến sĩ có đưa ra các phương pháp đánh giá, thiết kê" thiết bị chẩn đoán ĐTC của

hệ thống điện Miền Bắc [1] hoặc đầu máy tàu hoả [7], góp phần làm phong phú thêm phương pháp nghiên cứu lĩnh vực ĐTC trong điều kiện Việt Nam

1.2.3 Nhận xét chung

Trong lĩnh vực ĐTC, ở nước ngoài với những ưu thê" của nền KHKT hiện đại và nền kinh tê" phát triển, nên ngày càng có điều kiện nghiên cứu nâng cao chất lượng các sản phẩm công nghiệp Mặt khác, sự bùng nổ về công nghệ thông tin đã giúp cho các nhà khoa học có đầy đủ phương tiện để nghiên cứu các chỉ tiêu ĐTC cao hơn, nhanh hơn và toàn diện hơn Đốì với Việt Nam, do nền kinh

tế còn nghèo, một thời gian dài chưa quan tâm đúng mức đến khoa học ĐTC, cho nên tất cả các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong những năm vừa qua mới chỉ đặt nền móng ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo Nghiên cứu ĐTC trong phòng thí nghiệm rất tốn kém cả về kinh phí, nhân lực và thời gian,

do đó chúng ta cần phải tìm kiếm nhiều phương pháp thích hợp hơn Thực tế quá trình khai thác sử dụng chính là cơ sở để chúng ta ứng dụng các phương pháp xác suất thông kê kết hợp phân tích cấu trúc, phân tích cây hư hỏn 2 và toán lôgic để đánh giá ĐTC của HĐL đạt hiệu quả cao

Phương pháp thông kê toán học đã được ứn2 dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu và đánh giá về lượng các chỉ tiêu ĐTC các TBKT Tuy nhiên, phương pháp xác suất thống kê có những hạn chế như [16]:

-Không giải thích và đánh giá mức độ ảnh hưởng của sự cố hư hỏng của

bộ phận này đối với các bộ phận khác và toàn bộ hệ thống;

- Chưa lập được các mô hình toán học về chức năng hoạt động của hệ thông vổi việc nghiên cứu các chỉ tiêu ĐTC của từng bộ phận riêng rẽ;

- Độ chính xác trong tính toán không đủ lớn;

- Khối lượng tính toán quá nhiều

Trong khi đó, ưu điểm lớn nhất của phương pháp lôgic xác suất là có thể chuyển khái niệm ưừu tượng, phức tạp là ĐTC sang ngôn ngữ toán học, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng máy tính điện tử để giải bài toán ĐTC Trong thời điểm hiện nay ở Việt Nam, nghiên cứu ứng dụng phương pháp lôgic xác suất để đánh giá ĐTC của HĐL có ý nghĩa thực tiễn cao

1.3 Các dạng hỏng và các dạng bài toán độ tin cậy của hệ thống động lực tàu thuỷ

1.3.1 Các dạng hỏng của hệ thống động lực tàu thuỷ theo quan điểm độ tin cậy 1.3 ỉ ỉ Những khái niệm chung:

Trên cơ sở tổng hợp từ các tài liệu [10], [16], [20], [34], [44] trong luận án thống nhất sử dụng các khái niệm sau đây:

1 Khả năng làm việc:

Là tính chất của HĐL có thể hoàn thành các nhiệm vụ được giao và duy trì giá tri các thông số" làm việc chủ yếu trong một giới hạn Các thông số đó được xác định trong các tài liệu tiêu chuẩn và định mức kỹ thuật,

2 Chất lượng và hiệu quả:

- Chất lượng của sản phẩm kỹ thuật là tập hợp các tính chất qui định có ích của đối tượng đang xét, để đảm bảo cho những yêu cầu nhất định, tuỳ theo mục đích sử dụng đặt ra cho nó Một tíong số những tính chất đó là ĐTC

- Hiệu quả kỹ thuật là một sô" đo phương thức làm việc của đối tượng hoặc sô" đo tính hữu ích của sự sử dụng đôi tượng, nhằm đáp ứng những nhiệm vụ đã cho.

3 Phần tử (thành tô):

Là đốì tượng có ĐTC độc lập, nằm trong tập hợp phần tử của hệ thông

4 Phục hồi và không phục hồi:

- Phục hồi là khả năng làm việc của đốì tượng có thể thiết lập lại (sửa

chữa được) trong trường hợp xảy ra hỏng

- Không phục hồi là khả năng làm việc của đốì tượng không thiết lập lại (không sửa chữa được) trong những trường hợp xảy ra hỏng

5 Hỏng:

- Trạng thải giới hạn:

Là trạng thái của đối tượng, ưong đó do những đòi hỏi về an toàn hoặc do

sự giảm hiệu quả làm việc tới mức không khắc phục được, sự tiếp tục làm việc là không thể được hoặc bất lợi về mặt kỹ thuật Khi đạt hay vượt trạng thái này, đồng nghĩa với trạng thái hỏng hay bị phá huỷ

- Hỏng đột ngột:

Là hỏng xuất hiện cùng với sự biến đổi lớn trong khoảng thời gian ngắn các thông sô" đầu ra

- Hỏng hoàn toàn:

Là hỏng sau khi xảy ra tới khi nó được phục hồi đối tượnu vẫn không thể

sử dụng được vào mục đích đã xác định của nó

- Hỏng một phần:

Là hỏng sau khi xảy ra đốì tượng còn có thể sử dụng được vào mục đích

đã xác định của nó, tuy nhiên, trong đó giá trị của một hay vài thông sô" đầu ra

cơ bản đã vượt ra ngoài giới hạn cho phép

Đôi với HĐL, khái niệm hư hỏng hoàn toàn mang tính chất tương đốì, vì

nó thực sự phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể của việc sử dụng HĐL Những sai lệch vượt ra ngoài cận giới hạn qui định tính tới thời điểm khảo sát t, thì được coi là hư hỏng Đây là nhận xét rất quan trọng để vận dụng nghiên cứu xác định các trạng thái của HĐL, nội dung này được giải quyết ở chương 2 của luận án Tất cả các chi tiết cơ khí và kết cấu được gọi là hỏng khi nó không còn thực hiện được chức năng theo yêu cầu Biến cô" xảy ra hư hỏng theo thời gian (ngẫu nhiên) có thể trùng hoặc không trùng vào thời điểm BDKT hay KSĐK của HĐL Tuy nhiên, trong quá trình khai thác khi có hư hỏng của bâ"t kỳ phần tử nào, thì đều phải được sửa chữa hồi phục hoặc thay thế kịp thời để đảm bảo tính sấn sàng của HĐL

Trong các phương án khảo sát hư hỏng, thông thường HĐL được khảo sát

hư hỏng theo phương án [N, B, (r,T)], trong đó:

+ N là số phần tử khảo sát (thử nghiệm hay là sô" lượng mẫu thử);

+ B là những phần tử hư hỏng không được thay thê" bằng phần tử mới mà được phục hồi gần như mới;

+ T là quan sát tiến hành trong khoảng thời gian T và lần hỏng thứ r

Đối với HĐL, có thể xảy ra các trường hợp hỏng hoàn toàn (HĐL mất khả năng làm việc) hoặc hỏng bộ phận các phần tử (HĐL không mất hoàn toàn khả

năns làm việc nhưng bị giảm hiệu suất khai thác) Xác định xác suất hư hỏng của HĐL ở 2 trường hợp này được thực hiện trong chương 3 của luận án.

Tuỳ theo các dấu hiệu đặc trưng, các hư hỏng của HĐL được chia thành 5 loại, ưong từng loại lại chia thành các nhóm [34], [67]

1.3.1.2.Theo hậu quả hư hỏng ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hệ thống động lực tàu thuỷ (Loại 1)

1.3.1.3 Theo cách khắc phục hư hỏng (Loại 2)

Gồm có 2 nhóm:

ỉ.Nhóm ỉ:

Các hư hỏng được khắc phục trong những điều kiện khai thác

Trong thực tế khi các thiết bị nhiên liệu bị hỏng, bị rò lọt ở những chỗ nốì ống, các xéc măng của động cơ chính và máy nén khí bị gãy hoặc bị mất tính đàn hồi hoặc bị mài mòn, v.v tất cả những hư hỏng này đều có thể khắc phục (sửa chữa hoặc thay thế) ở điều kiện khai thác dưới tàu

2.Nhóm 2:

Gồm các hư hỏng không thể khắc phục được trong những điều kiện khaithác

Thường là hư hỏng hoặc có độ mài mòn lớn quá mức cho phép của các gối

đẩy (chặn), nứt xy lanh, nứt nắp máy, v.v phải dừng hoạt động của HĐL để thay thế

Yêu cầu xác suất phát sinh các hư hỏng nhóm 2 phải thấp vì khắc phục nó mất nhiều thời gian, công sức, tốn kém và đặc biệt phải dừng hoạt động của tàu

là việc làm ngoài ý muôn

1.3 ỉ 4 Theo đặc tính phát sinh hư hỏng (Loại 3)

Gồm có 3 nhóm:

ỉ.Nhóm 1:

Những hư hỏng ngẫu nhiên, bất thường

Hư hỏng bất thường do những khuyết tật trong vật liệu, tích luỹ trong quá trình khai thác (chân vịt bị va quệt nhiều lần), nứt ở cánh chân vịt, nứt trục khuỷu do tập trung ứng suất ở các vị trí chuyển tiếp, do cháv ưong các-te động

cơ chính, do nhiên liệu lọt vào ông xả, v.v đều dẫn đến những hư hỏng ngẫu nhiên, bất thường

2 Nhóm 2:

Gồm những hư hỏng diễn ra từ từ

Các hư hỏng làm biến đổi dần dần các thông số, các tính chất, các đặc trưng của các phần tử trong quá trình khai thác do mài mòn, lão hoá của vật liệu như phá huỷ, ăn mòn đường ống, mài mòn kim phun, mài mòn các ổ trục, v.v đều là những hư hỏng diễn ra từ từ Các hư hỏng thuộc nhóm này được phát hiện khi tiến hành BDKT và KSĐK hoặc qua theo dõi thường xuyên, liên tục

13.1.5 Theo nguyên nhân phát sinh hư hỏng (Loại 4)

Gồm có 5 nhóm:

ỉ.Nhóm ỉ:

Gồm những hư hỏng phát sinh do nguyên nhân khai thác

Do không tuân thủ những qui tắc kỹ thuật và bảo dưỡng trên tàu, do rò lọt nước trong nồi hơi, bị bóc lớp bạc trong ổ đỡ, do khởi động và bôi trơn không đúng, do va đập thuỷ lực trong động cơ, v.v đều là những nguyên nhân gây hư hỏng HĐL trong quá trình khai thác

2.Nhóm 2:

Gồm những hư hỏng phát sinh do nguyên nhân công nghệ

Do không tuân thủ đúng qui trình chế tạo, lắp ráp, do các vết nứt trong xy lanh, các góc nhọn trong cửa quét, đường trục bị lệch trong quá trình lắp ráp dẫn đến làm tăng mòn các gối trục trung gian và gối trục đẩy, do các khuyết tật của vật liệu và việc chọn không đúng vật liệu, v.v đều có thể gây hư hỏng HĐL.

3 Nhóm 3:

Gồm những hư hỏng phát sinh do nguyên nhân kết cấu

Do các kết câu không hoàn thiện hoặc do những sai sót trực tiếp của người thiết kế, như gãy trục bánh răng hộp giảm tốc, gãy trục do gắn quá chặt khớp nối bích, dẫn đến các ứng suất uốn bổ sung hoặc chọn không đúng sô" cánh của chân vịt gây nên chân động đường trục, cộng hưởng tần số của tàu, v.v gây

hư hỏng HĐL

4 Nhóm 4:

Gồm những hư hỏng phát sinh do trạng thái giới hạn

Khi đạt đến trạng thái giới hạn sự mài mòn vật lý của các phần tử thiết bị, cũng gây nên hư hỏng HĐL

1.3.1.6 Theo thời gian phát sinh hư hỏng (Loại 5)

Gồm có 2 nhóm:

ỉ.Nhóm 1:

Gồm những hư hỏng phát sinh trong thời gian chạy rà của thiết bị

2.Nhóm 2:

Gồm những hư hỏng phát sinh sau thời gian chạy rà

Trong nhiều trường hợp cụ thể hai nhóm hư hỏng này sẽ trùng với các nhóm hư hỏng của bốn loại đầu đã xét

Tóm lại:

HĐL là hệ thống phức tạp gồm nhiều phần tử, trong quá trình khai thác

không thể tránh khỏi các sự cố hư hỏng làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của

con tàu Khi có hư hỏng sẽ làm giảm các chỉ tiêu kinh tế -k ỹ thuật của HĐL Khảo sát trong khoảng thời gian dài (5-10 năm), với số lượng tàu lớn, chắc chắn

sẽ xuất hiện đa dạng các hư hỏng nằm trong các loại hỏng nêu trên Tuy nhiên,

sự phân loại chỉ mang tính tương đối, cách gọi có thể tuỳ theo mục đích của nhà quản lý

1.3.2 Các dạng bài toán độ tin cậy của hệ thống động lực tàu thuỷ

Đảm bảo ĐTC của HĐL luôn gắn với việc hoàn thành những nhiệm vụ cụ thể trong khoảng thời gian nhất định và trong từng giai đoạn: thiết kế, chế tạo và khai thác vận hành, ở mỗi giai đoạn, ĐTC có những yêu cầu và cách tính toán phù hợp theo những tiêu chuẩn xác định Tuy nhiên, do điều kiện hoạt động phức tạp của HĐL nên việc tính toán ĐTC trong quá trình khai thác luôn là một nhu cầu cấp thiết

Đánh giá ĐTC của HĐL có nghĩa là xác định lượng của tính không hỏng, tính dễ sửa chữa, độ bền lâu và tính bảo quản của nó Do tầm quan trọng hàng đầu của tính không hỏng và do những hạn chế trong việc xác định các yếu tô" dễ sửa chữa, độ bền lâu và tính bảo quản nên việc đánh giá ĐTC của HĐL thường chỉ thực hiện đốì với tính không hỏng [4], [20]

Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, luận án xác đinh có 3 dạng bài toán cơ bản dưới đây

1.3.2.1 Bài toán dự báo (bài toán ỉ)

Dựa vào kết quả thu thập thông tin và xử lý sô" liệu thống kê về các hư hỏng (các sự kiện ngẫu nhiên), xác định các chỉ tiêu ĐTC để dự báo tình trạng

kỹ thuật của HĐL (dự báo là một trong những biện pháp ngăn ngừa hư hỏng có hiệu quả nhất) và tính toán dự trữ, phân phối công suất, tuổi thọ hợp lý trong quá trình khai thác Có thể dự báo bằng các mô hình hồi qui, mô hình Markov và mô hình ưắc nghiệm thống kê Giải bài toán dạng này dùng lý thuyết xác suất, thổhg kê và phương pháp giải tích có sự trợ giúp của máy tính đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều đề tài khoa học có ý nghĩa thực tiễn cao

1.3.2.2 Bài toán định mức làm việc (bài toán 2)

Căn cứ vào điều kiện hoạt động thực tế để lựa chọn các chỉ tiêu ĐTC và xây dựng yêu cầu định mức làm việc cho HĐL khi vận hành, nhằm nâng cao tuổi thọ và tính kinh tế của HĐL Bài toán dạng này có ý nghĩa rất quan ứọng trong thiết kế, lắp đặt, cũng như trong khai thác sử dụng HĐL phụ thuộc vào những điều kiện và các yêu cầu cụ thể

1.3.2.3 Bài toán tối ưu độ tin cậy (bài toán 3)

Lựa chọn các giá trị chỉ tiêu ĐTC tối ưu của HĐL, theo điều kiện kinh tế-

kỹ thuật, nhằm đáp ứng các yêu cầu thiết kế và khai thác sử dụng của con người

Giải bài toán 2 và 3 thường dùng phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật, kết hợp phương pháp chuyên gia (kinh nghiệm)

Tuỳ tình hình thực tế và các yêu cầu cụ thể để xây dựng một hoặc một số

bài toán nêu trên khi nghiên cứu ĐTC của HĐL

Theo nguyên tắc chung thì ĐTC của tất cả các thiết bị thuộc HĐL đã được tính toán từ khi thiết kế, sản xuất và thử nghiệm Tuy nhiên, quá trình khai thác

có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hoạt động của HĐL Trong luận án

đề cập đến 2 nhóm yếu tố" chủ yếu có ảnh hưởng tới ĐTC của HĐL ở Việt Nam

1.4.1 Các yếu tồ khách quan (ngoài ý muốn của con người)

1.4.1.1 Môi trường tự nhiên

Đất nước ta trải dài từ 8°30 Vĩ Bắc (Cà Mau) tới 23°22 (Đồng Văn) và nằm hoàn toàn trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm Khí hậu và thời tiết của Việt Nam rất phức tạp Mùa Đông, nhiệt độ thấp nhất có thể xuốnư dưới 05°c (vùng biển Đông Bắc), mùa Hè nhiệt độ cao nhất có thể đến trên 40°c Biên độ dao động nhiệt độ hàng năm ở các vùng khác nhau, trong khoảng từ vài độ đến gần

20°c Mặt khác, do ảnh hưởng của gió mùa và biển, nên độ ẩm và lượng mưa ở

Môi trường biển Việt Nam rất thích hợp cho các sinh vật bám phát triển, đặc biệt là các loại hầu, hà, rong, rêu chúng bám vào vỏ tàu, cánh chân vịt, trục chân vịt làm tăng sức cản của tàu, gây ăn mòn và làm giảm hiệu suất đẩy tàu của chân vịt Ăn mòn điểm có thể tới 03 mm/năm ở phần mổn nước của tàu

Độ ẩm cao (độ ẩm tương đối (p, trung bình ưến 80%) làm biến đổi các tính chất điện của vật liệu, linh kiện, gây ra những biến đổi lý hoá khác nhau, làm giảm tính năng tác dụng, làm tăng nhanh sét gỉ, ăn mòn các vật liệu bằng kim loại

Sự kết hợp nhiệt độ và độ ẩm cao là nguyên nhân cơ bản nhất gây hỏng hóc và già hoá nhanh các vật liệu, linh kiện điện tử, ăn mòn, sét gỉ kim loại Hậu quả là làm giảm ĐTC của HĐL.

1.4.1.4 Quá trình lão hoá

Sự mòn của các chi tiết tiếp xúc nhau trong chuyển độnư, sự mỏi của các chi tiết theo thời gian chịu lực tác dụng, điều đó thể hiện quá trình lão hoá các thành tô" của HĐL Theo thời gian quá trình lão hoá sẽ làm giảm kích thước và trọng lượng của chi tiết máy

Sự lão hoá là hiện tượng tất yếu cho dù HĐL được sản xuất tốt và được sử dụng trong điều kiện thuận lợi Lão hoá làm cho khả năng làm việc và ĐTC của HĐL giảm dần theo thời gian Trong quá trình khai thác sử dụng chúng ta có thể hạn chế được sự lão hoá các thành tô" của HĐL bằng cách duy trì tốt chế độ bôi trơn, thay thế kịp thời các chi tiết bị mài mòn và thực hiện đúng qui trình BDKT, KSĐK.

Quá trình khảo sát, thông kê tác giả luận án đã tổng hợp được các sô" liệu

về nguyên nhân và số lần hư hỏng HĐL của 22 tàu hàng 1000 tân và 450 tấn khai thác trong ngành hàng hải Việt Nam, thời gian từ năm 1993 đến hết năm

2002 được thể hiện ưên bảng 1.4 (Tổng số lần hỏng do cả nguyên nhân khách

quan và chủ quan là: động cơ chính 275 (100%) lần và HĐL 314 (100%) lần)

Bảng 1.4 Nguyên nhân và số lần hỏng cửa hệ thống động lực tàu thuỷ

(Khảo sát trên 22 tàu loại 1000 tấn và 450 tấn thời gian từ 1993 - 2002)

(Do các yếu tố khách quan gây ra)

I Hệ động lực

i 89(28,3%)Các sô" liệu trong bảng 1.4 cho thây các hư hỏng phần lớn do sự già hoá, hao mòn và sự tác động của môi trường tự nhiên, ngoài ra sự va đập và rung động cũng chiếm tỷ lệ khá lớn Điều này dễ hiểu vì các hệ thông cơ khí với sự

hoạt động của các cặp ma sát, các chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay theo chu kỳ và có tần sô" lớn.

1.4.2 Các yếu tô'chủ quan (những tác động xấu do con người gây ra)

HĐL được câu trúc từ nhiều thành phần khác nhau và làm việc ở nhiều chế độ Do sự phức tạp ttong liên kết giữa các thành phần và ở điều kiện khai thác ưên biển, nên HĐL không thể coi là đối tượng độc lập, nó phải được đặt ở trong mốì quan hệ không tách rời con tàu Sự an toàn, độ bền lâu và tính kinh tế của HĐL, phụ thuộc rất lớn vào điều kiện môi trường tàu hoạt động, nó được thể hiện bởi trạng thái kỹ thuật của HĐL và của vỏ tàu

Xét về chủ quan, các yếu tô" ảnh hưởng đến ĐTC của HĐL bao gồm:

1.4.2.1 Độ tin cậy của từng phần tử

Độ tin cậy của từng phần tử là yếu tô" ảnh hưởng trực tiếp đến ĐTC của HĐL Chất lượng của phần tử phụ thuộc vào yếu tô" con người Các thông sô" đặc truhg chủ yếu của ĐTC các phần tử là cường độ hỏng, cường độ hồi phục

1.4.2.2 Cấu trúc của hệ thống động lực (sơ đồ lôgic cấu trúc)

Sơ đồ lôgic câu trúc của HĐL thể hiện sự liên hệ giữa các phần tử với nhau và sự ảnh hưởng của các phần tử với hoạt động của HĐL Sơ đồ lôgic cấu trúc có thể làm tăng hoặc giảm ĐTC của HĐL, tuỳ thuộc vào cách đâu nối của các phần tử trong sơ đồ Sơ đồ lôgic cấu trúc của HĐL phụ thuộc vào người thiết

k ế và lắp đặt

1.4.2.3 Hệ thống tổ chức quản lý, vận hành và sửa chữa

Con người có thể gây ra những ảnh hưởng lổn đến ĐTC của HĐL Đó là các sai sót trong thiết kê", trong sản xuất và trong khai thác sử dụng Trong luận

án chỉ đề cập đến các sai sót trong khai thác sử dụng, vì chúng chiếm tỷ lệ lổn nhất và thường do các nguyên nhân sau đây:

1 Bảo dưỡng, bảo quản, niêm cất sơ sài, đại khái, qua loa;

2 Tác phong làm việc cẩu thả, thiếu thận trọng;

3 Công tác tổ chức huấn luyện không tốt;

4 Sử dụng vượt quá khả năng của thiết bị, làm cho chúng bị già hoánhanh;

5 Không đảm bảo được vật tư cần thiết cho công tác BDKT và KSĐK;

6 Nhiên liệu, dầu bôi ươn và nước làm mát, cùng các điều kiện sử dụng chúng có ảnh hưởng lớn đến ĐTC của HĐL

Nhiên liệu và dầu bôi ươn cho HĐL chủ yếu nhập ngoại do ưong nước chưa sản xuất được Chất lượng của nhiên liệu sử dụng và các tính chất lý hoá của nó có ảnh hưởng trực tiếp đến quá ưình cháy, quá trình tạo muội, sự mài mòn và độ bền lâu của các chi tiết máy ưong ĐCĐT Nếu hàm lượng Lưu huỳnh ưong nhiên liệu tăng, sẽ làm gia tăng cường độ hao mòn các chi tiết chính của thiết bị nhiên liệu và cụm piston - xilanh của ĐCĐT

Việc sử dụng loại dầu bôi ươn có chất lượng cao, đúng qui định của nhà sản xuất, sẽ làm giảm đáng kể cường độ hao mòn và nâng cao tuổi thọ các chi tiết chính của HĐL

Nhiệt độ và thành phần hoá học của nước làm mát, có ảnh hưởng trực tiếp đến sự hao mồn của ông lót xi lanh ĐCĐT và độ bền lâu các chi tiết của hệ thống làm mát Nước biển có hàm lượng muối cao, sẽ làm cho quá trình ăn mòn điện hoá nhanh hơn Độ cứng của nước làm mát có tác động mạnh đến cường độ tạo cáu cặn ưên các bề mặt làm mát, làm xấu quá trình ưao đổi nhiệt và có thể làm ngừng hoạt động ĐCĐT hoặc làm hư hỏng các chi tiết của HĐL

7 Trình độ vận hành và việc tuân thủ nghiêm ngặt các qui định, các qui tắc khai thác các ưang thiết bị của người sử dụng, sẽ là điều kiện tốt nhất để đảm bả' ự làm việc tin cậy của HĐL Cùng một loại tàu, cùng hoạt động ưong các điềi tiện tự nhiên, khí hậu, vùng lãnh hải như nhau nhưng do trình độ quản