Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2015<br />
<br />
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br />
<br />
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT THÔNG TIN TRONG CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT<br />
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY<br />
APPLICATION OF INFORMATION THEORY ON TECHNICAL DIAGNOSIS<br />
OF THE FUEL SYSTEM OF POWER EQUIQMENT<br />
Đào Hữu Ninh1, Trần Trung Sơn2<br />
Ngày nhận bài: 02/6/2014; Ngày phản biện thông qua: 09/10/2014; Ngày duyệt đăng: 10/6/2015<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Bài báo trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống nhiên liệu động cơ máy chính M503<br />
trên tàu thủy bằng lý thuyết thông tin. Chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống được thực hiện trên cơ sở sử lý mối quan hệ giữa<br />
thông số chẩn đoán và các hư hỏng của hệ thống. Việc kết hợp lý thuyết thông tin với lập trình Pascal cho phép xác định<br />
được các thông số tối ưu dùng để chẩn đoán kỹ thuật và đồng thời cũng cho phép dự báo hư hỏng của hệ thống.<br />
Từ khoá: Hệ thống nhiên liệu, chẩn đoán kỹ thuật, lý thuyết thông tin<br />
<br />
ABSTRACT<br />
This paper presents the research results of technical diagnosis of the fuel system on the main engine M503 by<br />
information theory. Technical diagnosis of the fuel system are made on the basis of processing the relationship between<br />
running parameters and system failures. The combination of information theory with Pascal programming allows to<br />
determine the optimal parameters for diagnostic techniques and also allow prediction of system failure at the same time.<br />
Key words: fuel system, technical diagnosis, information theory<br />
<br />
I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Ngày nay, trên thế giới chẩn đoán kỹ thuật đã<br />
được áp dụng rộng dãi trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt<br />
là trong chẩn đoán kỹ thuật động cơ đốt trong. Ở<br />
Việt nam chẩn kỹ thuật mới chỉ dừng lại ở mức độ<br />
dự báo hư hỏng mà chưa chỉ ra chính xác vị trí hư<br />
hỏng cũng như nguyên nhân dẫn đến hư hỏng của<br />
động cơ dốt trong.<br />
Ở Việt Nam, Lực lượng tàu hải quân được<br />
trang bị nhiều loại tàu thủy khác nhau. Trong đó có<br />
các thế hệ tàu của Liên Xô sản xuất từ những năm<br />
1980. Do vậy trong quá trình khai thác động cơ và<br />
các hệ thống phục vụ tính năng kỹ thuật đã thay đổi<br />
theo chiều hướng xấu đi. Quá trình thay đổi trạng<br />
thái kỹ thuật này có thể diễn ra một cách rất chậm<br />
dưới những nguyên nhân tác động của tự nhiên,<br />
của người khai thác trong quá trình làm việc<br />
Động cơ tàu thủy quân sự đa phần là các động<br />
cơ cao tốc, công suất lớn cho nên sự thay đổi<br />
<br />
1<br />
2<br />
<br />
tính năng kỹ thuật diễn ra nhanh hơn so với các<br />
động cơ tàu thủy chậm tốc khác. Việc xác định các<br />
hư hỏng khi có sự cố diễn ra hoặc dự báo hư hỏng<br />
là hết sức khó khăn trên các loại tàu này. Thực tế<br />
khai thác thời gian qua cho thấy xuất hiện rất nhiều<br />
các hư hỏng xảy ra cho động cơ, làm ảnh hưởng<br />
không nhỏ tới việc đảm bảo độ tin cậy, tính an toàn<br />
của hệ động lực tàu. Vì thế việc xác định nhanh<br />
chóng và chính xác các hư hỏng của hệ thống nhiên<br />
liệu trên tàu quân sự là hết sức quan trọng và cần<br />
thiết đối với người quản lý và người khai thác tàu.<br />
Chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống nhiên liệu<br />
động cơ máy chính tàu thủy bằng lý thuyết thông<br />
tin có khả năng dự báo sự cố hoặc hư hỏng có thể<br />
xảy ra, phát hiện sớm các hỏng hóc và hiện tượng<br />
dẫn đến hỏng hóc cho phép loại trừ được các hỏng<br />
hóc trong quá trình đảm bảo kỹ thuật giúp cho việc<br />
nâng cao chất lượng của công tác định kỳ và bảo<br />
dưỡng kỹ thuật.<br />
<br />
Đào Hữu Ninh: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2011 - Trường Đại học Nha Trang<br />
TS. Trần Trung Sơn: Trường Sĩ quan Không quân Khánh Hòa<br />
<br />
150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2015<br />
<br />
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU<br />
1. Mục tiêu nghiên cứu<br />
Nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật hệ thống nhiên liệu<br />
của thiết bị động lực tàu thủy bằng lý thuyết thông tin.<br />
2. Đối tượng nghiên cứu<br />
Hệ thống nhiên liệu của động cơ chính M503<br />
tàu thủy.<br />
Các thành phần của hệ thống:<br />
1- Két tiêu thụ; 2- Van tay; 3- Phin lọc thô nhiên liệu<br />
bên ngoài máy; 4- Bơm sơ bộ dầu cháy;<br />
5,7- Van kép; 6- Cơ cấu tắt máy khẩn cấp; 8- Bơm<br />
bánh răng; liệu; P- Cảm biến áp suất;<br />
9- Két dự trữ dầu; 10- Bơm chuyển nhiên liệu;<br />
11- Ống lọc tinh nhiên liệu trước khi nhiên liệu vào bơm<br />
cao áp;12-ống gom vòng chia; 13- Phin lọc tinh nhiên;<br />
14- ống gom vòng thoát<br />
<br />
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu động cơ<br />
<br />
3. Phương pháp nghiên cứu<br />
máy chính tàu thủy [4]<br />
Thống kê hư hỏng, áp dụng lý thuyết thông tin vào<br />
chẩn đoán hư hỏng của hệ thống nhiên liệu động cơ máy chính trên tàu thủy quân sự.<br />
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
1.Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống nhiên liệu máy chính<br />
Từ hình 1 có thể xây dựng được sơ đồ khối sau (hình 2):<br />
<br />
Hình 2. Sơ đồ khối<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 151<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2015<br />
<br />
2. Thiết lập tập hợp các thông số đo thu nhận thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.<br />
Bảng 1. Bảng các hư hỏng và các thông số chẩn đoán của hệ thống nhiên liệu máy chính M503<br />
Các hư hỏng của hệ thống<br />
<br />
Các thông số chẩn đoán<br />
<br />
d1<br />
<br />
Hết nhiên liệu trong két tiêu thụ<br />
<br />
f1<br />
<br />
Mức dầu trong két tiêu thụ<br />
<br />
d2<br />
<br />
Hỏng van chặn<br />
<br />
f2<br />
<br />
Chênh áp trước và sau lọc thô<br />
<br />
d3<br />
<br />
Hỏng van 1 chiều<br />
<br />
f3<br />
<br />
Lưu lượng xả e hệ thống<br />
<br />
d4<br />
<br />
Hỏng bơm sơ bộ<br />
<br />
f4<br />
<br />
Lưu lượng qua van 1 chiều<br />
<br />
d5<br />
<br />
Hỏng bơm thấp áp<br />
<br />
f5<br />
<br />
Dòng điện điều khiển van tắt máy khẩn cấp<br />
<br />
d6<br />
<br />
Hỏng van tắt máy khẩn cấp<br />
<br />
f6<br />
<br />
Lưu lượng qua van tràn<br />
<br />
d7<br />
<br />
Hỏng cơ cấu tự động thay đổi góc phun sớm nhiên liệu<br />
<br />
f7<br />
<br />
Áp lực sau bơm thấp áp<br />
<br />
d8<br />
<br />
Hỏng van tràn<br />
<br />
f8<br />
<br />
Lưu lượng qua lọc tinh<br />
<br />
d9<br />
<br />
Hỏng đường ống thấp áp<br />
<br />
f9<br />
<br />
Áp lực trên đường ống cao áp<br />
<br />
d10<br />
<br />
Hỏng hỏng vòi phun<br />
<br />
f10<br />
<br />
Nhiệt độ khí cháy trong xy lanh<br />
<br />
d11<br />
<br />
Hỏng bơm cao áp<br />
<br />
f11<br />
<br />
Nhiệt độ khí xả trên ống xả<br />
<br />
d12<br />
<br />
Hỏng bơm chuyển nhiên liệu<br />
<br />
f12<br />
<br />
Thành phần khí xả<br />
<br />
d13<br />
<br />
Nhiên liệu lẫn tạp chất<br />
<br />
f13<br />
<br />
Tạp chất trong nhiên liệu<br />
<br />
d14<br />
<br />
Hỏng điều tốc<br />
<br />
f14<br />
<br />
Màu khí xả<br />
<br />
d15<br />
<br />
Hỏng lọc thô<br />
<br />
f15<br />
<br />
Lưu lượng trên đường dầu hồi<br />
<br />
d16<br />
<br />
Hỏng lọc tinh<br />
<br />
f16<br />
<br />
Áp suất khí cháy trong buồng đốt<br />
<br />
f17<br />
<br />
Tốc độ động cơ<br />
<br />
Phương pháp chẩn đoán hư hỏng hệ thống bằng lý thuyết thông tin dựa trên sự phân tích bằng trạng thái,<br />
trong đó cột tương ứng với tất cả trạng thái có thể có, hàng tất cả các tham số dự đoán có thể, đặc trưng cho<br />
trạng thái này [5].<br />
Nếu các tham số phản ánh trạng thái đã cho thì trong bảng có trị số là 1 còn nếu không phản ánh là 0.<br />
Giả thiết rằng hệ thống có tất cả n trạng thái lập nên nhóm sự kiện có xác suất bằng nhau (Pi=1/n)<br />
Trước khi chẩn đoán động cơ, độ bất định của hệ thống được xác định:<br />
n<br />
<br />
Σ p log P = log nm<br />
H(s) = Σ<br />
p log p = log nm<br />
H(s) =<br />
<br />
n=1<br />
<br />
i<br />
<br />
2 i<br />
<br />
2<br />
<br />
n<br />
<br />
n=1<br />
<br />
i<br />
<br />
2 i<br />
<br />
2<br />
<br />
Kiểm tra lại mỗi một xi mang một thông tin xác định về trạng thái động cơ.<br />
<br />
I1(xj) = H(s) – H(s/xj)<br />
<br />
Giá trị H(s/xj) xác định như một tổng Entropi của 2 hệ con, đưa vào một trong các hệ con đó m trạng thái,<br />
các trạng thái đó làm thay đổi xj, còn trong hệ con khác đưa vào một trạng thái nó không làm thay đổi xj. Giá trị<br />
<br />
m là số con số 1, □ là số con con số 0 ở các hàng trong bảng tham số đã cho. Suy ra:<br />
<br />
m<br />
l<br />
H(s/xj) = log2m + log2l<br />
n<br />
n<br />
<br />
(<br />
<br />
)<br />
<br />
m<br />
m<br />
l<br />
l<br />
I1(xj) = - log2 + log2 <br />
n<br />
n<br />
n<br />
n<br />
Áp dụng tính cho bảng thông số chẩn đoán sau:<br />
<br />
152 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2015<br />
<br />
Bảng 2. Các hư hỏng và các thông số chẩn đoán hư hỏng<br />
của hệ thống nhiên liệu động cơ chính trên tàu thủy quân sự<br />
Các thông số<br />
chẩn đoán<br />
<br />
f1<br />
f2<br />
f3<br />
f4<br />
f5<br />
f6<br />
f7<br />
f8<br />
f9<br />
f10<br />
f11<br />
f12<br />
f13<br />
f14<br />
f15<br />
f16<br />
f17<br />
<br />
Các thông số hư hỏng<br />
d1<br />
<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d2<br />
<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d3<br />
<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d4<br />
<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
<br />
d5<br />
<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d6<br />
<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
<br />
d7<br />
<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d8<br />
<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d9<br />
<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d10<br />
<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d11<br />
<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d12<br />
<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
<br />
d13<br />
<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d14<br />
<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
d15<br />
<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
<br />
d16<br />
<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
<br />
Để sử số liệu bảng trên theo lý thuyết thông tin có thể sử dụng phần mền tính toán bằng Pascal hoặc<br />
Matlab.<br />
<br />
Hình 3. Sơ đồ thuật toán chuẩn đoán theo lý thuyết thông tin<br />
<br />
Sau khi lập trình Pascal, chương trình tính toán cho ra bảng số liệu kết quả sau:<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 153<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 2/2015<br />
<br />
Bảng 3. Bảng kết quả sử lý số liệu lần 1<br />
<br />
Từ bảng 3 chọn được I(f2)max = 1.000 ra dùng để chẩn đoán<br />
Để tính giá trị thông tin của mỗi một tham số kể từ bảng 2 trở đi sử dụng biểu thức; [6]<br />
<br />
I2(xj) = Ở đây:<br />
<br />
i-số của nhóm;<br />
<br />
m<br />
m<br />
log +<br />
Σ m+nl ( <br />
m+l<br />
m+l<br />
L<br />
<br />
2<br />
<br />
i=1<br />
<br />
m- Số số 1 trong nhóm;<br />
<br />
)<br />
<br />
l<br />
l<br />
log2 <br />
m+l<br />
m+l<br />
<br />
□ - Số số 0 trong nhóm<br />
<br />
Bảng 4. Bảng kết quả sử lý số liệu tính toán lần 2 của hệ thống nhiên liệu<br />
Các T.số<br />
chẩn đoán<br />
fi<br />
<br />
Các thông số hư hỏng di<br />
3<br />
<br />
5<br />
<br />
6<br />
<br />
9<br />
<br />
11<br />
<br />
13<br />
<br />
15<br />
<br />
16<br />
<br />
4<br />
<br />
10<br />
<br />
2<br />
<br />
12<br />
<br />
1<br />
<br />
14<br />
<br />
7<br />
<br />
8<br />
<br />
Số thông tin<br />
trong các fi<br />
I (fi)<br />
<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0.954<br />
3<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0.977<br />
4<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0.883<br />
5<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0.272<br />
6<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0.954<br />
7<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0.477<br />
8<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0.677<br />
9<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0.883<br />
10<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0.406<br />
11<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0.677<br />
12<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0.749<br />
13<br />
0<br />
0<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0.906<br />
14<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0.883<br />
15<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0.811<br />
16<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0.677<br />
17<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
0<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
0.404<br />
Việc tính toán các bảng tiếp theo làm tương tự cho đến khi độ bất định của hệ thống đảm bảo lượng<br />
thông tin:<br />
H(s) = I(f1)+I(f2)+I(f3)+I(f9)+I(f13)+I(f15) = 1.000 + 0.977 + 0.851 + 0.422 +0.375 + 0.375 = log216 = 4.000<br />
Như vậy qua quá trình tính toán từ 17 thông số ban đầu chọn được 6 thông số tối ưu nhất dùng để chẩn<br />
đoán là:<br />
f1: Mức dầu trong két tiêu thụ; f2: Chênh áp trước và sau lọc thô<br />
f3: Lưu lượng xả e hệ thống; f9: Áp lực trên đường ống cao áp<br />
f13: Tạp chất trong nhiên liệu; f15: Lưu lượng trên đường dầu hồi<br />
<br />
154 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />