Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 4/2014<br />
<br />
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU AN TOÀN CỦA ĐỘNG CƠ<br />
TUA BIN KHÍ SỬ DỤNG TRÊN CÁC TÀU THỦY Ở VIỆT NAM<br />
RESEARCH ON EVALUATION OF SAFETY NORMS FOR GAS TURBINE ENGINES USED<br />
ON MARINE SHIPS IN VIETNAM<br />
Lưu Minh Hải1, Nguyễn Trung Hải2<br />
Ngày nhận bài: 02/6/2014; Ngày phản biện thông qua: 27/6/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Bài báo này tóm tắt kết quả nghiên cứu đánh giá chỉ tiêu an toàn cho động cơ tua bin khí sử dụng trên các tàu thủy<br />
ở Việt Nam. Chỉ tiêu an toàn của một hệ thống kỹ thuật được đánh giá thông qua xác suất an toàn hoặc xác suất hư hỏng<br />
của từng phần tử trong hệ thống đó. Việc kết hợp phương pháp logic xác suất và phương pháp phân tích cây hư hỏng cho<br />
phép nâng cao độ chính xác trong đánh giá chỉ tiêu an toàn cho động cơ tua bin khí. Phần mềm SSAT-2013 được xây dựng<br />
cho phép xác định các thông số của chỉ tiêu an toàn nhanh chóng đồng thời đưa ra các kết quả dự báo đáng tin cậy về tình<br />
trạng kỹ thuật của thiết bị.<br />
Từ khóa: Độ tin cậy, động cơ tua bin khí, chỉ tiêu an toàn<br />
<br />
ABTRACT<br />
This paper summarizes the results of studies evaluating safety norms for gas turbine engines used on marine ships in<br />
Vietnam. Safety norms of a technical system are evaluated through safety probability or probability of failure to each element<br />
in the system. The combination of probability - logic method and Fault Tree Analysis method allows improving the accuracy<br />
of safety norms evaluation for gas turbine engines. SSAT-2013 software is developed to allow indentifying promptly the<br />
parameters of safety norms while providing results of reliable prediction of a technical condition of the equipment.<br />
Keywords: Reliability, gas turbine engine, safety norm<br />
I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Chỉ tiêu an toàn cho phép ta đánh giá được khả<br />
năng làm việc an toàn của trang bị kỹ thuật trong<br />
quá trình khai thác. Chỉ tiêu an toàn được đặc trưng<br />
bởi cường độ hỏng và xác suất làm việc không<br />
hỏng, thời gian làm việc trung bình an toàn [3,4].<br />
Đây là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất khi<br />
đánh giá độ tin cậy của trang bị kỹ thuật.<br />
Động cơ tua bin khí (TBK) có công suất lớn,<br />
tính cơ động cao, khối lượng và kích thước nhỏ gọn<br />
so với các loại động cơ cùng công suất khác. Hiện<br />
nay, các động cơ TBK đang được ứng dụng rộng rãi<br />
trong các trạm phát điện tĩnh tại, trên các phương<br />
tiện giao thông vận tải và đặc biệt là trên các tàu<br />
của Hải quân. Những ưu điểm của hệ động lực TBK<br />
cho phép các tàu thủy phát huy được tốc độ cao và<br />
các tính năng cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ<br />
<br />
1<br />
2<br />
<br />
được giao, đặc biệt là trong tuần tra, cứu hộ, cứu<br />
nạn, bảo vệ an toàn cho ngư dân khai thác xa bờ,<br />
bảo vệ chủ quyền biển đảo thềm lục địa của tổ quốc.<br />
Tuy nhiên, việc sử dụng và khai thác động cơ<br />
TBK tương đối phức tạp, đòi hỏi người khai thác<br />
phải có trình độ cao, chấp hành nghiêm ngặt các<br />
qui trình khai thác, các qui định kiểm tra, bảo dưỡng<br />
động cơ… Ngoài ra, điều kiện thời tiết, khí hậu và<br />
môi trường hoạt động cũng ảnh hưởng rất lớn tới<br />
công suất, độ bền và tuổi thọ của động cơ TBK tàu<br />
thủy. Thực tế khai thác thời gian qua cho thấy xuất<br />
hiện rất nhiều các hư hỏng xảy ra cho động cơ TBK,<br />
làm ảnh hưởng không nhỏ tới việc đảm bảo độ tin<br />
cậy, tính an toàn của hệ động lực tàu. Việc sửa<br />
chữa các thiết bị, hệ thống của động cơ TBK cũng<br />
phức tạp và khó khăn nhất là khi đang hoạt động<br />
trên biển. Vì thế, việc nghiên cứu đánh giá chỉ tiêu<br />
<br />
Lưu Minh Hải: Cao học Kỹ thuật tàu thuyền 2011 – Trường Đại học Nha Trang<br />
TS. Nguyễn Trung Hải: Học viện Hải Quân - Nha Trang<br />
<br />
112 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
an toàn qua đó dự báo tình trạng kỹ thuật cho các<br />
động cơ TBK tàu thủy và đề xuất các biện pháp phù<br />
hợp nâng cao tính an toàn cho động cơ là hết sức<br />
cần thiết và cần có sự quan tâm thỏa đáng từ phía<br />
người quản lý và sử dụng tàu nhất là trong điều kiện<br />
kinh tế nước ta còn nghèo.<br />
II. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP<br />
NGHIÊN CỨU<br />
Mục tiêu của đề tài giải quyết hai vấn đề sau:<br />
- Xây dựng phương pháp đánh giá chỉ tiêu an<br />
toàn của động cơ TBK tàu thủy;<br />
<br />
Số 4/2014<br />
- Xây dựng phần mềm máy tính đánh giá chỉ<br />
tiêu an toàn của động cơ TBK tàu thủy.<br />
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các động cơ<br />
TBK sử dụng trên các tàu thủy ở Việt Nam.<br />
Trong đề tài tác giả sử dụng phương pháp logic<br />
xác suất [1,2,4] kết hợp phương pháp phân tích cây<br />
hư hỏng để xác định chỉ tiêu an toàn cho động cơ<br />
TBK tàu thủy [1,5,6].<br />
Quá trình nghiên cứu, đánh giá chỉ tiêu an toàn<br />
của động cơ TBK được thực hiện theo trình tự như<br />
hình 1.<br />
<br />
Hình 1. Phương pháp và trình tự thực hiện<br />
<br />
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
1. Sơ đồ nguyên lý động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
<br />
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
1 - Thiết bị vào, 2- Máy nén thấp áp, 3 - Máy nén cao áp, 4 - Buồng đốt, 5 - Tuabin cao áp,<br />
6 - Tuabin thấp áp, 7 - Tuabin chân vịt, 8 - Hộp số, 9 - Chân vịt<br />
<br />
2. Các phần tử chính của động cơ TBK dùng để<br />
đánh giá chỉ tiêu an toàn<br />
Để quá trình phân tích, tính toán, đánh giá chỉ<br />
tiêu an toàn cho động cơ TBK tàu thủy được thuận<br />
tiện nhưng đảm bảo đạt được các kết quả như<br />
<br />
mong muốn, đồng thời đưa ra các giải pháp có tính<br />
khoa học, khả thi nhằm nâng cao tính an toàn cho<br />
động cơ TBK tàu thủy, tác giả phân chia động cơ<br />
TBK thành các nhóm phần tử quy đổi và các phần<br />
tử quy đổi (gọi là phân hệ và phần tử) như bảng 1:<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 113<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 4/2014<br />
<br />
Bảng 1. Các phần tử, phân hệ của động cơ TBK dùng để đánh giá chỉ tiêu an toàn<br />
TT<br />
<br />
Tên phần tử<br />
<br />
Ký hiệu phần tử<br />
<br />
1<br />
<br />
Thiết bị vào<br />
<br />
X1<br />
<br />
2<br />
<br />
Máy nén khí<br />
<br />
X2<br />
<br />
3<br />
<br />
Buồng đốt<br />
<br />
X3<br />
<br />
4<br />
<br />
Tuabin<br />
<br />
X4<br />
<br />
5<br />
<br />
Ổ trục<br />
<br />
X5<br />
<br />
6<br />
<br />
Hệ thống nhiên liệu<br />
<br />
Y1<br />
<br />
7<br />
<br />
Hệ thống bôi trơn<br />
<br />
Y2<br />
<br />
8<br />
<br />
Hệ thống làm mát<br />
<br />
Y3<br />
<br />
9<br />
<br />
Hệ thống khởi động<br />
<br />
Y4<br />
<br />
10<br />
<br />
Hệ thống khí<br />
<br />
Z1<br />
<br />
11<br />
<br />
Hệ thống điện<br />
<br />
Z2<br />
<br />
Phân hệ<br />
<br />
Ký hiệu phân hệ<br />
<br />
Động cơ<br />
<br />
X<br />
<br />
Hệ thống phục vụ<br />
<br />
Y<br />
<br />
Hệ thống điều<br />
khiển, bảo vệ<br />
<br />
Z<br />
<br />
3. Sơ đồ cấu trúc đánh giá chỉ tiêu an toàn của động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
Sơ đồ cấu trúc dùng để đánh giá chỉ tiêu an toàn của động cơ TBK tàu thủy Việt Nam gồm 11 phần tử nối<br />
tiếp nhau như sơ đồ hình 3.<br />
<br />
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc đánh giá chỉ tiêu an toàn của động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
<br />
4. Mô hình cây hư hỏng của động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
<br />
Hình 4. Mô hình cây hư hỏng của động cơ tua bin khí tàu thủy<br />
<br />
114 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 4/2014<br />
<br />
5. Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu thống kê<br />
<br />
6. Sơ đồ thuật toán xác định chỉ tiêu an toàn của<br />
các phân hệ và của cả động cơ TBK<br />
<br />
Hình 5. Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu thống kê<br />
<br />
Hình 6. Sơ đồ thuật toán xác định chỉ tiêu an toàn động cơ<br />
TBK tàu thủy Việt Nam<br />
<br />
7. Phần mềm SSAT 2013<br />
<br />
Hình 7. Giao điện phần mềm SSAT-2013<br />
<br />
Phần mềm xác định, đánh giá chỉ tiêu an toàn<br />
của động cơ TBK tàu thủy SSAT-2013 được xây<br />
dựng bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic trên<br />
cơ sở lưu đồ thuật toán hình 5 và hình 6. Thông<br />
qua phần mềm này có thể thực hiện được các nội<br />
dung sau:<br />
- Thống kê các phần tử của động cơ TBK<br />
tàu thủy;<br />
<br />
- Thống kê hỏng hóc của các phần tử;<br />
- Xử lý số liệu thống kê hỏng hóc của các phần<br />
tử: chọn dạng phân bố, kiểm tra giả thuyết thống kê,<br />
tính toán xác định các thông số của chỉ tiêu an toàn<br />
theo từng khoảng thời gian khảo sát như: Hàm mật<br />
độ phân phối xác suất, xác suất hỏng, xác suất an<br />
toàn, cường độ hỏng, thời gian làm việc trung bình<br />
an toàn,…<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 115<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 4/2014<br />
<br />
- Tính toán xác định các thông số chỉ tiêu an<br />
toàn của các phân hệ và của cả động cơ;<br />
- Vẽ đồ thị hàm mật độ phân phối xác suất hỏng,<br />
đồ thị các hàm xác suất an toàn, xác suất hỏng cho<br />
từng phần tử, từng phân hệ và động cơ;<br />
- Đưa ra các kết luận về chỉ tiêu an toàn cho<br />
từng phần tử, từng phân hệ và cho cả động cơ.<br />
<br />
8. Chỉ tiêu an toàn của các phần tử và của động<br />
<br />
Hình 8. Biểu đồ cường độ hỏng của các phần tử của động cơ<br />
Tua bin khí tàu thủy<br />
<br />
Hình 9. Biểu đồ thời gian làm việc trung bình an toàn của<br />
các phần tử của động cơ TBK tàu thủy<br />
<br />
cơ TBK<br />
Các kết quả tính toán chỉ tiêu an toàn của động<br />
cơ TBK bằng phần mềm SSAT-2013 được tổng<br />
hợp và trình bày trên các bảng 2, 3 và các hình<br />
8, 9, 10.<br />
<br />
Bảng 2. Xác suất hỏng của các phần tử của động cơ TBK<br />
TT<br />
<br />
Khoảng khảo<br />
sát (Giờ)<br />
<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
<br />
0 ÷ 200<br />
200 ÷ 400<br />
400 ÷ 600<br />
600 ÷ 800<br />
800 ÷ 1000<br />
1000 ÷ 1200<br />
1200 ÷ 1400<br />
1400 ÷ 1600<br />
1600 ÷ 1800<br />
1800 ÷ 2000<br />
2000 ÷ 2200<br />
2200 ÷ 2400<br />
2400 ÷ 2600<br />
<br />
Thiết bị<br />
Máy nén<br />
vào<br />
<br />
0.00007<br />
0.00131<br />
0.00728<br />
0.02606<br />
0.07077<br />
0.15544<br />
0.28581<br />
0.45098<br />
0.62440<br />
0.77602<br />
0.88675<br />
0.95445<br />
0.98918<br />
<br />
0.00006<br />
0.00115<br />
0.00689<br />
0.02618<br />
0.07417<br />
0.16715<br />
0.31041<br />
0.48811<br />
0.66680<br />
0.81317<br />
0.91115<br />
0.96486<br />
0.98902<br />
<br />
Buồng<br />
đốt<br />
<br />
0.00018<br />
0.00316<br />
0.01610<br />
0.05228<br />
0.12805<br />
0.25288<br />
0.41829<br />
0.59673<br />
0.75457<br />
0.86959<br />
0.93887<br />
0.97343<br />
0.98773<br />
<br />
Tua bin<br />
<br />
0.00013<br />
0.00245<br />
0.01278<br />
0.04269<br />
0.10780<br />
0.21973<br />
0.37515<br />
0.55153<br />
0.71633<br />
0.84367<br />
0.92533<br />
0.96888<br />
0.98823<br />
<br />
Xác suất hỏng<br />
HT nhiên HT bôi<br />
Ổ trục<br />
liệu<br />
trơn<br />
<br />
0.00029<br />
0.00502<br />
0.02435<br />
0.07491<br />
0.17315<br />
0.32212<br />
0.50236<br />
0.67847<br />
0.81846<br />
0.90940<br />
0.95783<br />
0.97903<br />
0.98667<br />
<br />
0.00083<br />
0.01168<br />
0.04698<br />
0.12219<br />
0.24467<br />
0.40498<br />
0.57747<br />
0.73190<br />
0.84780<br />
0.92107<br />
0.96021<br />
0.97791<br />
0.98471<br />
<br />
0.00030<br />
0.00489<br />
0.02257<br />
0.06715<br />
0.15269<br />
0.28391<br />
0.44848<br />
0.61928<br />
0.76704<br />
0.87410<br />
0.93928<br />
0.97269<br />
0.98714<br />
<br />
HT làm<br />
mát<br />
<br />
0.00019<br />
0.00314<br />
0.01496<br />
0.04635<br />
0.11050<br />
0.21652<br />
0.36138<br />
0.52705<br />
0.68677<br />
0.81721<br />
0.90772<br />
0.96122<br />
0.98819<br />
<br />
HT khởi<br />
động<br />
<br />
0.00013<br />
0.00229<br />
0.01147<br />
0.03721<br />
0.09265<br />
0.18887<br />
0.32655<br />
0.49093<br />
0.65586<br />
0.79559<br />
0.89587<br />
0.95698<br />
0.98864<br />
<br />
HT khí<br />
<br />
HT điện<br />
<br />
0.00041<br />
0.00628<br />
0.02745<br />
0.07778<br />
0.16958<br />
0.30462<br />
0.46849<br />
0.63453<br />
0.77603<br />
0.87794<br />
0.94016<br />
0.97244<br />
0.98669<br />
<br />
0.00077<br />
0.01122<br />
0.04638<br />
0.12312<br />
0.24975<br />
0.41585<br />
0.59297<br />
0.74842<br />
0.86151<br />
0.93004<br />
0.96474<br />
0.97945<br />
0.98469<br />
<br />
Bảng 3. Các thông số của chỉ tiêu an toàn của động cơ TBK tàu thủy Việt Nam<br />
TT<br />
<br />
Khoảng khảo<br />
sát (Giờ)<br />
<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
<br />
0 ÷ 200<br />
200 ÷ 400<br />
400 ÷ 600<br />
600 ÷ 800<br />
800 ÷ 1000<br />
1000 ÷ 1200<br />
1200 ÷ 1400<br />
1400 ÷ 1600<br />
1600 ÷ 1800<br />
1800 ÷ 2000<br />
2000 ÷ 2200<br />
2200 ÷ 2400<br />
2400 ÷ 2600<br />
<br />
Các thông số của chỉ tiêu an toàn<br />
Xác suất hỏng<br />
<br />
0.0033552<br />
0.0514148<br />
0.2140376<br />
0.5160114<br />
0.8219104<br />
0.9694262<br />
0.9980684<br />
0.9999631<br />
0.9999998<br />
1.0000000<br />
1.0000000<br />
1.0000000<br />
1.0000000<br />
<br />
116 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Xác suất an toàn<br />
<br />
0.9966448<br />
0.9485852<br />
0.7859624<br />
0.4839886<br />
0.1780896<br />
0.0305738<br />
0.0019316<br />
0.0000369<br />
0.0000002<br />
0.0000000<br />
0.0000000<br />
0.0000000<br />
0.0000000<br />
<br />
Cường độ hỏng (giờ -1)<br />
<br />
0.000844<br />
0.001818<br />
0.003431<br />
0.005727<br />
0.008589<br />
0.011774<br />
0.015031<br />
0.018115<br />
0.020837<br />
0.022950<br />
0.024086<br />
0.024169<br />
0.026863<br />
<br />
Thời gian làm việc trung<br />
bình an toàn (giờ)<br />
<br />
685.16<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
