Chẩn đoán trạng thái không cháy trong xylanh động cơ diesel máy chính tàu biển bằng công suất tức thời trên trục

Chia sẻ: Dạ Thiên Lăng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Chẩn đoán trạng thái không cháy trong xylanh động cơ diesel máy chính tàu biển bằng công suất tức thời trên trục" đề xuất mô hình và xây dựng các mô đun phần mềm chẩn đoán theo phương pháp nhận dạng, phân lớp với các bài toán chính: Kiểm tra độ tin cậy của véc tơ DHCĐ; xây dựng đặc tính chuẩn cho chẩn đoán; ra quyết định chẩn đoán, nhận dạng lớp trạng thái kỹ thuật hiện hành. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chẩn đoán trạng thái không cháy trong xylanh động cơ diesel máy chính tàu biển bằng công suất tức thời trên trục

545 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Chẩn đoán trạng thái không cháy trong xylanh động cơ diesel máy chính tàu biển bằng công suất tức thời trên trục Nguyễn Xuân Trụ1,2, Đỗ Đức Lưu2,*, Cao Đức Hạnh2,*, Phạm Văn Ngọc1 1 Viện kỹ thuật Hải quân, Hải Phòng city, Việt Nam 2 Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam *Email: tru-vkt@gmail.com; luudd@vimaru.edu.vn; hanhcd@vimaru.edu.vn Tóm tắt. Công suất tức thời (CSTT) của động cơ diesel máy chính là tín hiệu động, được biểu diễn trong miền thời gian thực. Giá trị CSTT là tích của hai tín hiệu tức thời: Mô men và vận tốc góc. Đặc tính biên độ của CSTT thu được qua biến đổi Furrier nhanh (FFT) và chúng được sử dụng làm dấu hiệu chẩn đoán (DHCĐ) trạng thái không cháy trong xylanh của động cơ diesel máy chính (MDE) lai chân vịt tàu biển. Bài báo đề xuất mô hình và xây dựng các mô đun phần mềm chẩn đoán theo phương pháp nhận dạng, phân lớp với các bài toán chính: Kiểm tra độ tin cậy của véc tơ DHCĐ; xây dựng đặc tính chuẩn cho chẩn đoán; ra quyết định chẩn đoán, nhận dạng lớp trạng thái kỹ thuật hiện hành. Đối tượng động cơ được phân tích, áp dụng nhận dạng là MDE 6G70 MEC9.2 sử dụng trên seri tàu container hiện đại đóng tại Hàn Quốc. Hệ thống phần mềm được xây dựng dựa trên phương pháp đo, phân tích tín hiệu CSTT trong miền tần số sử dụng ngôn ngữ phát triển LabView của hãng National Instruments (Hoa Kỳ). Từ khóa: Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật, công suất tức thời, đặc tính chuẩn chẩn đoán, chẩn đoán không cháy. 1. Giới thiệu Hiện tượng không cháy trong các xy lanh động cơ diesel tàu biển có thể dẫn đến các hiện tượng dao động xoắn cộng hưởng nguy hiểm tại các vận tốc quay thuộc phạm vi cho phép khai thác khi mà trạng thái cháy tất cả các xy lanh đều bình thường. Kết luận này đã được thể hiện trong nhiều công trình khoa học [1, 5] và được Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của nhiều tổ chức Đăng kiểm Hàng hải trên thế giới quy định, ví dụ [7, 8]. Như vậy, để khai thác an toàn cho đường trục của hệ động lực chính diesel tàu biển, gồm MDE, trục truyền (trục trung gian, trục chân vịt…) và chân vịt, cần phải kịp thời xác định (chẩn đoán) được trạng thái không cháy của các xy lanh trong MDE. Kinh nghiệm khai thác có thể giúp máy trưởng tàu biển nhận biết sự cố không cháy ở một trong các xy lanh thông qua sự thay đổi các thông số chỉ báo (giám sát được) liên quan như: Nhiệt độ khí xả của các xy lanh, sự rung động hay tiếng ồn bất thường. Tuy nhiên, có nhiều nguyên nhân có thể cùng dẫn đến sự thay đổi của các thông số giám sát trên, và quan trọng khi sự cố xảy ra và phát hiện được thì có thể quá muộn, có thể đã dẫn tới các hệ quả nguy hiểm nứt, gãy trục. Điểm chính cần chẩn đoán on-line (trực tiếp) và sao cho nhanh nhất đưa ra lời khuyên, tư vấn chuyên gia để chẩn đoán hiện tượng trạng thái không cháy tại vùng vận tốc khai thác. Trên một số động cơ máy chính tàu biển hiện đại, ví dụ trên tàu NSU Truth (NSU - viết tắt Nippon Steel Union, Japane), sử dụng MDE loại MAN-B&W 6G70ME-C9.2. Động cơ có 6 xy lanh và trên từng xy lanh được trang bị kênh đo, giám sát và chẩn đoán quá trình cháy trong các buồng đốt. Khi có hiện tượng không cháy, phần mềm phát hiện và thông báo tình trạng thực tế của xy lanh và tự động đưa vận tốc quay ra khỏi vùng khai thác nguy hiểm, nếu có hiện tượng không cháy. Đây là giải pháp công nghệ hiện đại, song đầu tư rất lớn, do vậy hầu hết các công ty vận tải biển của nhiều nước trên thế giới (trong đó có Việt Nam) không thực hiện được.
546 Nguyễn X. Trụ, Đỗ Đ.Lưu, Cao Đ.Hạnh, Phạm V.Ngọc Giải pháp dùng một tín hiệu dao động xoắn (TVS) đo trên đường trục phía sau MDE làm tín hiệu chẩn đoán được GS.TSKH Đ. Đ Lưu cùng các cộng sự nghiên cứu, đã chứng minh tính hiệu quả, tính khả thi để chẩn đoán trạng thái không cháy [1, 3]. Các tác giả đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để khẳng định khả năng chẩn đoán của các đặc tính trong miền thời gian (các cực đại VA, cực tiểu VB) của TVS qua việc xây dựng các mô hình chẩn đoán hồi quy [1], xây dựng và lập trình trên LabView các mô đun phần mềm thực hiện các nhiệm vụ chẩn đoán-nhận dạng thông minh trong không gian đa chiều véc tơ các dấu hiệu chẩn đoán VA, VB [2, 3]. Trong các nghiên cứu đó, TVS được đo (mô phỏng) trên trục trung gian và biểu diễn tại thời gian thực: M(t). Tín hiệu dao động được trích mẫu theo từng vận tốc quay của trục khuỷu (ứng với một chu kỳ làm việc của MDE hai kỳ) và tính trung bình cho một số chu kỳ lặp nhằm loại trừ nhiễu đo. Mốc trích mẫu được xác định theo tín hiệu pha (xung tín hiệu, đo bằng sensor quang). Tín hiệu vận tốc quay trung bình n m (v/ph) hay ω m (rad/s) =πn/30 được xác định và tính bằng các tín hiệu pha cho một số chu kỳ liên tiếp. Tín hiệu công suất liên tục P w (t) về bản chất là tích của hai tín hiệu mô men xoắn M(t) và vận tốc góc ω (t), chúng đồng thời được đo theo thời gian thực: P w (t) = M(t). ω(t). Các kết quả chẩn đoán –nhận dạng thu được khi sử dụng tín hiệu dao động công suất khi xem P w (t) = M(t). ω m (với ω m - const) hoàn toàn phù hợp khi dùng véc tơ dấu hiệu chẩn đoán (véc tơ DHCĐ) là véc tơ các cực trị VA hoặc VB của tín hiệu P w (t) cũng như theo M(t). Trong nghiên cứu này, trên cơ sở phương pháp luận và phần mềm được lập trình trên LabView, các tác giả nghiên cứu chẩn đoán không cháy bằng tín hiệu P w (t) và sử dụng véc tơ DHCĐ là các đặc tính của TVS trong miền tần số, vấn đề ít được đề cập trong các nghiên cứu trong nước và quốc tế. 2. Phương pháp nghiên cứu Đối tượng chẩn đoán: MDE được mô hình hóa (trên hình 1) như là một hộp đen có tác động đầu vào X gồm chế độ cháy chẩn đoán (Diagnostic Firing Regime, DFR) cho từng xylanh của động cơ và vận tốc quay của động cơ (chế độ vận tốc quay chẩn đoán, Diagnostic Rotary (speed) Regime, DRR), X= {DFR; DRR}. Trạng thái cháy của MDE (z xy lanh) biểu thị qua hệ số cháy của từng xy lanh CF(i), i=1…z và sự cháy diễn ra theo quá trình ngẫu nhiên: CF =[CF(1), CF(2)… CF(z)]. DRR được lựa chọn với một vận tốc quay trung bình n d (v/ph) trong dải vận tốc quay với sai số ±5% tương ứng với giá trị nhiễu tác động trong thực tế, hay: DRR = [0.95 1.05]n d .Với từng bài toán chẩn Hình 1. Nguyên lý chung cho nhận dạng –chẩn đoán TTKT của MDE theo TVS đoán cần phải xác định DRR phù hợp [2]. Vận tốc quay chẩn đoán phải thiết lập sao cho: nằm đủ xa vùng cộng hưởng nhằm đạt được sự phản ánh chất lượng cháy của các xy lanh từ véc tơ DHCĐ là ánh xạ 1-1, mà không chịu tác động từ dao động cộng hưởng. Vì vậy khi lựa chọn DRR ta phải loại bỏ những điểm cộng hưởng. Ngoài ra lựa chọn DRR với sai số ±5% xung quanh giá trị vận tốc quay trung bình là phạm vi kỹ thuật chấp nhận. Phạm vi nghiên cứu được triển khai nhận dạng trạng thái cháy / không cháy của MDE bằng tín hiệu công suất tức thời, áp dụng trên hệ động lực dùng động cơ 6G70ME-C9.2 thông qua cơ sở dữ liệu đo thực tế trên tàu trong thử nghiệm đường dài [9]. Tín hiệu công suất tức thời được đo và xử lý: Trích mẫu theo 10 chu kỳ (tại một lần đo); Phân tích FFT (Furrie nhanh) để tạo véc tơ DHCĐ; kiểm tra độ tin cậy của dữ liệu thu được; xây dựng các đặc tính chuẩn; ra quyết định chẩn đoán [1, 2, 3]. Phương pháp luận cho chẩn đoán các lớp trạng thái dựa trên lý thuyết nhận dạng –phân lớp thống kê đa chiều trong không gian véc tơ DHCĐ , sử dụng
547 Chẩn đoán trạng thái không cháy … bằng công suất tức thời trên trục biên độ của 12 điều hòa đầu tiên của tín hiệu Pw(t).Tiêu chuẩn tối ưu trong nhận dạng được xây dựng theo khoảng cách Mahalanobus [1] . 2.1. Phân tích đặc điểm của tín hiệu dao động công suất Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là động cơ hãng MAN-B&W, loại 6G70 MEC9.2 [4]. Thông số chính của MDE HYUNDAI-MAN B&W 6G70ME-C9.2 được thể hiện trong Bảng 1 Bảng 1. Bảng thông số kỹ thuật động cơ diesel 6G70 MEC 9.2 [9] STT Tham số Giá trị Đơn vị 1 Dạng động cơ: HYUNDAI-MAN B&W 6G70ME-C9.2 2 Công suất định mức 15,980 kW 3 Vận tốc quay định mức 76 rpm 4 Đường kính xy lanh 700 mm 5 Hành trình piston 3,256 mm 6 Số xy lanh 6 7 Áp suất chỉ thị bình quân 17.8 bar 8 Tỉ số bán kính khuỷu/ thanh truyền 0.5 9 Khối lượng patanh –con trượt 9,686 kg/cyl. 10 Gas harmonic - Điều hòa do khí thể T248079 11 Firing order –Thứ tự cháy 1-5-3-4-2-6 Tập trạng thái kỹ thuật nghiên cứu Do tập dữ liệu TVS trong thử nghiệm đường dài chỉ cho phép triển khai tại trạng thái: (a) Các xy lanh của động cơ hoạt động bình thường; (b) – xy lanh số 5 không cháy, các xy lanh còn lại hoạt động bình thường. Tập trạng thái kỹ thuật này tương ứng với khuyến cáo của các cơ quan đăng kiểm như RMR, DNV [7, 8]- đo TVS tại thử nghiệm đường dài khi đóng mới tàu ở mức độ mà Hội đồng thử nghiệm cho phép (hạn chế). Đặc điểm tín hiệu dao động công suất tức thời (a) (b) Hình 2. Dao động công suất tính theo M(t) và n(t) trên tàu thực [9], tại vận tốc quay 46 rpm, chế độ NORMAL: a – trong miền thời gian thực; b –miền tần số qua FFT
548 Nguyễn X. Trụ, Đỗ Đ.Lưu, Cao Đ.Hạnh, Phạm V.Ngọc (a) (b) Hình 3. Dao động công suất tính theo M(t) và n(t) trên tàu thực [9], tại vận tốc quay 46 rpm, chế độ MISFIRE5: a – trong miền thời gian thực; b –miền tần số qua FFT Theo kết quả tính dao động xoắn tự do [9], các tác giả lựa chọn vùng vận tốc quay chẩn đoán [42÷50] với hai trường hợp là các xy lanh hoạt động bình thường và xy lanh 5 không cháy nhưng quá trình nén vẫn xảy ra để đảm bảo an toàn cho động cơ. Tín hiệu đo tương ứng với 10 chu kỳ làm việc, mỗi chu kỳ gồm 512 mẫu như thể hiện trong hình 2 và hình 3. Về trực quan, từ các hình 2 và 3 ta thấy có sự sai khác rõ nét giữa biên độ của 12 điều hòa đầu của hai trạng thái kỹ thuật khác nhau. Kết luận ban đầu là sử dụng tín hiệu biên độ của các điều hòa này có thể nhận dạng được trạng thái kỹ thuật tương ứng của chúng. 2.2 Kiểm tra độ tập trung của véc tơ biên độ các điều hòa của tín hiệu dao động công suất Giả thiết véc tơ DHCĐ có q thành phần, và lặp lại n lần quan sát. Trong lần quan sát m, ta có: = [V(m,1), V(m,s),..., V(m,q)]; m 1, 2,..., n Vm = (1) Trong không gian đa chiều, khoảng cách Mahalanobis [1] [6] được tính: M 2 (Vm − µ )T K −1 (Vm − µ ) =m (2) Trong đó: μ: Kỳ vọng toán học của véc tơ DHCĐ. Nếu không biết trước, chúng ta tính giá trị trung bình. K-1: Ma trận ngược của ma trận hiệp phương sai K. Trong trường hợp không biết trước ma trận K, ta tính ma trận hiệp phương sai S (của ma trận tính tương ứng). V m : Véc tơ tín hiệu dao động tại thời điểm quan sát m, trong tổng số n lần lặp: j=1, 2 … n. Trong công thức (2), khoảng cách Mahalanobis biểu thị sự cách biệt (tách rời) giữa véc tơ quan sát V m so với giá trị kỳ vọng (tập trung) của tập dữ liệu quan sát, có tính đến tính chất tương quan giữa các dấu hiệu chẩn đoán (các thành phần của véc tơ dấu hiệu chẩn đoánDHCĐ) mà đại diện bởi ma trận hiệp phương sai K. Giả thiết từng DHCĐ tuân thủ theo luật phân bố chuẩn, và véc tơ DHCĐ cũng tuân thủ theo phân bố chuẩn N(µ, K). Thay cho việc biết trước giá trị kỳ vọng và ma trận hiệp phương sai (µ, K), ta tính véc tơ các giá trị trung bình của DHCĐ và ma trận hiệp phương sai S tương ứng n lần lặp [1, 2]: n V = [V1 ,..., Vq ];Vi = ∑ V(m,i); i= m =1 1÷ q (3)
549 Chẩn đoán trạng thái không cháy … bằng công suất tức thời trên trục S= {s(i, j);i, j= 1 ÷ q}; 1 n (4) = s(i, j) ∑ (V(m,i) − V(i))(V(m, j) − V( j)) n − 1 m =1 Trong công thức trên, tuy chưa biết chính xác (µ, K), song có thể đánh giá ước lượng các giá trị tương ứng của tập cơ sở dữ liệu thu được (V, S). Về bản chất tính khoảng cách Mahalanobis dùng cùng một công thức (2). Thủ tục kiểm tra sai số thô thực hiện theo phân bố F trong không gian đa chiều bằng cách tính khoảng cách Mahalanobis, tính thống kê T2, Hotelling [5, 6] và kiểm tra tiêu chuẩn tương ứng. Tính phân bố thống kê T2 và phân bố Fisher: n +1 2 n−q 2 = 2 Tm = M m ;Fm = 1, 2,..., n . Tm ;m (5) n (n − 1)q Xác định: Fmax = max (Fm ); n 1 =q, n 2 =n-1 là các bậc tự do. m=1÷n Kiểm tra điều kiện: Fmax < F1−α (q, n − 1) =−α (n1 , n 2 ) F1 (6) Khi (6) thỏa mãn, tập hợp dữ liệu dấu hiệu chẩn đoán là đảm bảo tin cậy, không chứa sai số thô. Khi có sai số thô, một véc tơ gồm q dấu hiệu nào đó không đủ độ tin cậy, chúng ta loại phần tử phân bố cách xa tâm nhất ra khỏi tập dữ liệu dùng chẩn đoán. Nếu số lượng đo lặp n nhỏ, chúng ta bổ sung thêm thí nghiệm. 2.3. Xây dựng đặc tính chuẩn cho chẩn đoán nhận dạng theo véc tơ DHCĐ theo biên độ của các điều hòa trong miền tần số của tín hiệu P w (t) Đặc tính chuẩn (Standard Diagnostic Characteristic, SDC) đóng vai trò là tập dữ liệu tham chiếu (chuẩn) để xác định trạng thái hiện tại. Với mỗi lớp trạng thái kỹ thuật D k đặc trưng bởi SDC viết dưới dạng D k (µ k , K k ) trong đó µ k là véc tơ trung bình và K k là ma trận hiệp phương sai [2, 4]. Nk µ k = [ µ k (1), µ k (2),..., µ k (q) ] ; µ k (1) = 1 Nk ∑ V (i, j) i =1 k (7) = cov(Vk ); µ k mean(Vk ); Kk = Trong đó N k là số lượng thí nghiệm (lần đo/mô phỏng); q là số lượng dấu hiệu chẩn đoán (q =z). Cơ sở dữ liệu được được đánh giá là tốt nếu có khả năng phân tách mọi cặp trạng thái kỹ thuật (D k , D j ) với k≠j; k, j=0,..., R-1. Việc tách từng cặp trạng thái kỹ thuật được định lượng dựa trên khoảng cách Mahalanobis, tiêu chuẩn thống kê Hotelling T2 và phân bố Fisher trong không gian đa chiều dấu hiệu chẩn đoán [1, 2, 4]. Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng biên độ của 12 điều hòa đầu tiên của tín hiệu dao động công suất làm dấu hiệu để nhận dạng, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật. Như vậy q=12, các đặc tính véc tơ trung bình và ma trận phương sai K được tính như trong công thức trên. 2.4. Nhận dạng trạng thái không cháy của động cơ
550 Nguyễn X. Trụ, Đỗ Đ.Lưu, Cao Đ.Hạnh, Phạm V.Ngọc Tại trạng thái đang giám sát (hiện tại) D x , ta xây dựng đặc tính của trạng thái theo dạng chung như xây dựng SDC, D x (µ x , K x ) với số lần lặp là m x . Ma trận dữ liệu mô phỏng trạng thái D x được thể hiện: = D x : VA x { VA x (i, j)} ;i 1, 2... m x ; j 1, 2... q; = = (8) =VBx { VBx (i, j)} ;i 1, 2... m x ; j 1, 2... q; = = Véc tơ trung bình µ x và ma trận K x đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật D x được tính như sau [1]: mx 1 µ x = [µ x (1), µ x (2) ... µ x (z)]; µ x ( j) = mx ∑ V (i, j); j = 1...z i =1 x (9) 1  T  K= x Vx .Vx ;Vx Vx − µ = mx Khoảng cách Mahalanobis giữa hai trạng thái kỹ thuật D X và D K : d xk =µ k - µ x )K -1 (µ k - µ x )T ( xk mx K x + mk K k (10) K xk = mx + mk Lớp trạng thái kỹ thuật hiện hành D x được nhận dạng là D m , nếu: D x ≅ D m : d xm = min{d xk ;k = 1...R} (11) 3. Kết quả đạt được 3.1. Kiểm tra độ tập trung của dữ liệu chẩn đoán Theo thuật toán đã nêu trên, các tác giả lập trình code trên LabVIEW cho chẩn đoán. Trong dải vận tốc quay (v/ph), n 0 =[42÷50] và những dải vận tốc quay là tập con của n 0 thỏa mãn độ sai lệch ±5% kết quả kiểm tra độ tập trung của dữ liệu được thể hiện tại bảng số 2. Bảng 2. Kết quả kiểm tra mức độ tin cậy của tín hiệu công suất tức thời NORMAL MISFIRE 5 Dải DDR STT Số lần đạt theo CT(6)/ Số lần đạt theo CT(6)/ Ghi chú (v/ph) tổng số lần lặp hoặc % tổng số lần lặp hoặc % 1 42-46 45/50 90.0% 46/50 92.0% 2 43-47 47/50 94.0% 47/50 94.0% 3 44-48 45/50 90.0% 45/50 90.0% 4 45-49 46/50 92.0% 49/50 98.0% 5 46-50 44/50 88.0% 46/50 92.0% 6 42-47 54/60 90.0% 55/60 91.7% Trường hợp số 7: 7 43-48 57/60 95.0% 59/60 98.3% n m =45.5 (v/p); 8 44-49 56/60 93.3% 54/60 90.0% [0.95 1.05]*45.5 = 9 45-50 54/60 90.0% 58/60 96.7% 10 42-48 63/70 90.0% 64/70 91.4% [43.2 47.8] ⊂ [43 11 43-49 67/70 95.7% 67/70 95.7% 48] 12 44-50 64/70 91.4% 63/70 90.0% 13 42-49 73/80 91.3% 74/80 92.5% 14 43-50 75/80 93.8% 75/80 93.8% 15 42-50 85/90 94.4% 84/90 93.3%
551 Chẩn đoán trạng thái không cháy … bằng công suất tức thời trên trục Dữ liệu trong bảng 2 chỉ ra rằng: Tại dải n 0 = [43÷48], véc tơ DHCĐ được thiết lập từ 12 biên độ của các điều hòa đầu tiên của P w (t) có độ tập trung cao nhất, 95% theo tiêu chuẩn thống kê Fisher khi trạng thái cháy Normal, còn khi trạng thái Misfire5, đạt 98%. Từ đó, ta chọn dải vận tốc quay này cho chẩn đoán. 3.2. Xây dựng đặc tính chuẩn cho chẩn đoán Đặc tính chuẩn cho chẩn đoán tại dải vận tốc quay lựa chọn gồm véc tơ trung bình và ma trận hiệp phương sai được tính theo (7), biểu diễn cho hai lớp trạng thái cháy: D 0 –Normal và D 5 – Misfire5. Kết quả được thể hiện tại bảng 3 và 4. Bảng 3. Kết quả tính đặc tính chuẩn cho lớp D 0 STT µ K 1 2.280 0.42 0.13 -0.20 0.21 -0.15 0.01 0.03 0.12 -0.01 0.23 0.39 -1.39 2 5.555 0.13 0.91 -0.26 -0.09 -0.05 -0.45 0.08 -0.26 -0.07 1.64 0.22 -8.40 3 1.136 -0.20 -0.26 0.23 -0.14 0.11 0.10 -0.02 -0.02 0.06 -0.50 -0.24 2.85 4 1.069 0.21 -0.09 -0.14 0.29 -0.16 0.17 -0.03 0.17 -0.02 -0.23 0.20 1.74 5 1.881 -0.15 -0.05 0.11 -0.16 0.58 -0.02 0.32 -0.18 -0.03 -0.07 -0.05 0.68 6 2.822 0.00 -0.45 0.10 0.17 -0.02 0.41 -0.08 0.21 0.05 -0.92 -0.08 6.70 7 1.620 0.03 0.08 -0.02 -0.03 0.32 -0.08 0.32 -0.13 -0.07 0.18 0.16 -0.93 8 1.517 0.12 -0.26 -0.02 0.17 -0.18 0.21 -0.13 0.25 0.03 -0.50 0.05 2.95 9 1.308 -0.01 -0.07 0.06 -0.02 -0.03 0.05 -0.07 0.03 0.11 -0.12 -0.01 0.75 10 7.548 0.23 1.64 -0.50 -0.23 -0.07 -0.92 0.18 -0.50 -0.12 3.16 0.48 -17.18 11 3.111 0.39 0.22 -0.24 0.20 -0.05 -0.08 0.16 0.05 -0.01 0.48 0.71 -2.84 12 50.29 -1.39 -8.40 2.85 1.74 0.68 6.70 -0.93 2.95 0.75 -17.1 -2.84 121.40 Bảng 4. Kết quả tính đặc tính chuẩn cho lớp D 5 STT µ K 1 33.52 65.6 -31.8 -11.5 -38.1 30.9 55.4 20.8 -1.4 4.5 -34.7 95.6 88.6 2 14.32 -31.8 17.7 8.1 15.8 -13.1 -27.9 -8.9 1.0 -1.9 13.8 -47.1 -39.4 3 9.96 -11.5 8.1 7.0 1.8 -1.9 -11.4 -1.0 0.8 -0.7 -0.3 -18.0 -7.9 4 27.30 -38.1 15.8 1.8 34.1 -22.0 -29.4 -16.1 -1.5 -3.4 33.8 -53.5 -67.7 5 51.69 30.9 -13.1 -1.9 -22.0 17.6 24.8 11.7 -0.1 2.1 -21.6 44.0 47.9 6 25.67 55.4 -27.9 -11.4 -29.4 24.8 48.2 16.1 -1.8 3.8 -24.9 82.1 70.2 7 34.14 20.8 -8.9 -1.0 -16.1 11.7 16.1 9.2 0.5 1.5 -17.5 28.6 35.2 8 7.22 -1.4 1.0 0.8 -1.5 -0.1 -1.8 0.5 1.1 0.2 -2.5 -2.6 2.0 9 6.01 4.5 -1.9 -0.7 -3.4 2.1 3.8 1.5 0.2 0.8 -2.6 7.0 6.8 10 28.93 -34.7 13.8 -0.3 33.8 -21.6 -24.9 -17.5 -2.5 -2.6 38.8 -45.5 -68.6 11 55.72 95.6 -47.1 -18.0 -53.5 44.0 82.1 28.6 -2.6 7.0 -45.5 142.0 125.0 12 52.70 88.6 -39.4 -7.9 -67.7 47.9 70.2 35.2 2.0 6.8 -68.6 125.0 146.0 3.3. Kết quả nhận dạng sử dụng khoảng cách Mahalanobis Mô phỏng véc tơ DHCĐ ở trạng thái hiện thời D x dùng dữ liệu tương ứng các trường hợp sau: - Tín hiệu D x lấy ngoài khoảng [43÷48], cụ thể tương ứng với vận tốc quay 42, 49 (v/ph). - Tín hiệu D x lấy trong khoảng [43÷48] là các vận tốc quay 44, 47 (v/ph). Các tín hiệu được thêm nhiễu ±5% để mô phỏng sát với tín hiệu đo trong thực tế chẩn đoán. Dùng thuật toán khoảng cách Mahalanobis, kết quả nhận dạng như trên bảng 5 dưới đây.
552 Nguyễn X. Trụ, Đỗ Đ.Lưu, Cao Đ.Hạnh, Phạm V.Ngọc Bảng 5. Kết quả chẩn đoán phân lớp trạng thái cháy/không cháy theo tín hiệu công suất tức thời Khoảng cách Khoảng cách STT TestData D X Lớp TTKT được chẩn đoán đến D 0 : d x0 đến D 5 : d x5 1 42_D0 21.06 4545 D 0 , vì d x0 = 21.06 d x5 =6.87 7 47_D5 1276 3.61 D 5 , vì d x0 = 1276 >> d x5 =3.61 8 49_D5 1613 29.92 D 5 , vì d x0 = 1612 >> d x5 =29.92 Kết quả trong bảng 5 chỉ ra tương đồng với dữ liệu mô phỏng đầu vào. Điều đó chứng minh khả năng áp dụng thuật toán chẩn đoán –nhận dạng tại các vận tốc quay lệch xa hơn vận tốc quay trung bình ±5%. 4. Kết luận Bài báo trình bày phương pháp sử dụng tín hiệu dao động công suất trong nhận dạng, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật không cháy trong các xy lanh động cơ diesel tàu thủy trên cơ sở phân tích tín hiệu công suất trong miền tần số, sử dụng FFT. Tín hiệu công suất động đo được trên tàu thực trong thử nghiệm đường dài. Các tác giả đã đưa ra các thuật toán: kiểm tra độ tin cậy, lựa chọn đặc tính chuẩn cho chẩn đoán; ra quyết định phân lớp –nhận dạng bằng phương pháp thống kê đa chiều các dấu hiệu chẩn đoán –đặc tính biên độ của 12 điều hòa đầu tiên của tín hiệu công suất tức thời. Hệ thống phần mềm nhận dạng được xây dựng trên nền tảng ngôn ngữ lập trình LabView, phát triển cho chẩn đoán trạng thái không cháy của các xy lanh trong động cơ 6G70 ME-C được lắp trên tàu container (Hàn Quốc). Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sử dụng tín hiệu công suất tức thời cho chẩn đoán tốt các trạng thái kỹ thuật không cháy của xy lanh động cơ diesel hai kỳ tàu biển. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Đức Lưu, Động lực học và chẩn đoán kỹ thuật bằng rung động diesel tàu thủy, NXB GTVT, Hà Nội, (2009). [2] Luu D D, Hanh C D, Ngoc Ph V, Tru Ng X, Smart Diagnostics for Marine Diesel Engines using Torsional Vibrations Signals on the Ship Propulsion Shaft –Line. NEJ, ISSN: 0028-1425. SCIE IF = 0.232. Vol. 133, No1 (March 2021), pp 143- 153. www.ingentaconnect.com/contentone/asne/nej/2021/00000133/00000001/art0002, (2021) [3] Luu D D, Duong Ph X, Hanh C D, Ngoc Ph V, Tru Ng X, Creating Standard Diagnostic Characteristics for Misfiring Diagnostics of Main Diesel Engine by Torsional Vibrations, Naval Engineers Journal, ISSN: 0028 - 1425. SCIE IF = 0.232. Vol. 133, No2 (June 2021), pp 111- 120. www.ingentaconnect.com/contentone/asne/nej/2021/00000133/00000002/art00025, (2021). [4] MAN–B&W. CEAS engine calculations. https://www.man-es.com/marine/products/planning-tools-and- downloads/ceas-engine-calculations. Truy cập tháng 9/2021.
553 Chẩn đoán trạng thái không cháy … bằng công suất tức thời trên trục [5] Luu D D, Hanh C D, Automatic calculation of torsional vibrations on marine propulsion plant using marine two–stroke diesel engine: Algorithms and Software, Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. ISSN:2250-0553; 2250-0545. Vol.102, Is.1, Pages 51 -58. https://doi.org/10.1007/s40032-020-00626-y, (2020). [6] Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М.: «Мир», 1982. – 488 с. Sách dịch từ nguyên bản tiếng Anh sang tiếng Nga, (1982) [7] DNV-GL. Rules for classification of ship new building. Part 6 Chapter 15. Edit 2011. Germany, (2011). [8] Russian Maritime Register of Shipping: Edit 2014: Rules for Classification and Construction of Sea-going Ships. Saint Petecbuarg, Russian, (2014). [9] Technical documents of container vessel XXX-XXX-XXX (Hàn Quốc): Torsional Vibration Calculation and torsional measurements report of MPP on the CV. XXX-XXX-XXX.