Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật động cơ diesel dùng làm máy chính trên tàu cá Việt Nam

Bài viết Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật động cơ diesel dùng làm máy chính trên tàu cá Việt Nam trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật động cơ diesel dùng làm máy chính trên tàu cá Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết!

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 3/2021 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM TRA AN TỒN KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ DIESEL DÙNG LÀM MÁY CHÍNH TRÊN TÀU CÁ VIỆT NAM STUDY ON MANUFACTURE THE MAIN DIESEL ENGINE’S TECHNICAL SAFETY TESTING EQUIPMENT FOR THE VIETNAM FISHING VESSELS Hồ Đức Tuấn Khoa Kỹ thuật Giao thông, Đại học Nha Trang Tác giả liên hệ: Hồ Đức Tuấn (Email: tuanhd@ntu.edu.vn) Ngày nhận bài: 05/09/2021; Ngày phản biện thông qua: 21/09/2021; Ngày duyệt đăng: 29/09/2021 TÓM TẮT Các động diesel dùng làm máy tàu cá Việt Nam phần lớn máy cũ, thiếu thiết bị đo lường, kiểm tra; khơng có hồ sơ kỹ thuật phục vụ cho công tác vận hành bảo dưỡng sửa chữa Điều dẫn đến giảm độ an tồn, tin cậy trình khai thác; hiệu sử dụng thấp làm tăng giá thành sản phẩm đặc biệt lưu ý hư hỏng đột ngột biển gây nguy hiểm cho người tàu Bài báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật động diesel dùng làm máy tàu cá Việt Nam Từ khóa: Vận tốc dao động; áp suất cuối kỳ nén; áp suất phun; áp suất ống cao áp; động diesel máy chính; tàu cá; kiểm tra an toàn kỹ thuật ABSTRACT The diesel engines used as the main engines on Vietnamese fishing vessels are mainly old ones, lacking measuring and testing equipment, no technical records for operation and maintenance, and repair work Old diesel engines lead to reduced safety and reliability in the mining process; Low efficiency of use increases product costs It can be damaged suddenly at sea, causing danger to people and ships This paper presents the research results of the manufacture of technical safety testing equipment for the main diesel engines for the Vietnamese fishing vessels Keywords: the vibration velocity; the end-of-stroke compression pressure; injection pressure; the high-pressure pipe pressure; the main diesel engine; the fishing vessel; technical safety test I ĐẶT VẤN ĐỀ Để góp phần đảm bảo an tồn cho tàu người, nguyên tắc cần phải tăng cường hoạt động chăm sóc, bảo dưỡng đặc biệt kiểm tra, giám sát, cảnh báo vận hành nhằm sớm phát nguy tiềm ẩn, ngăn ngừa cố nguồn động lực tàu động diesel máy Hơn nữa, vấn đề an tồn, tin cậy cho tàu cá phụ thuộc lớn vào tình trạng máy tàu cá Chính việc chẩn đốn tình trạng kỹ thuật máy tàu cá trở nên cấp thiết Công tác đăng kiểm tàu cá nước ta ln gặp khó khăn phải xác định trạng thái kỹ thuật máy để định cho tàu tiếp tục hoạt động hay buộc phải dừng phương tiện để sửa chữa Yêu cầu công tác phải nhanh, thiết bị đo kiểm nhỏ gọn phải có tính thuyết phục để đưa vào tiêu chuẩn quy phạm Đăng kiểm, phục vụ đắc lực cho việc quản lý kỹ thuật hành [5] Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực lượng, đầu tư sở vật chất phục vụ cơng tác đăng kiểm tàu cá nói chung máy nói riêng hệ thống quan đăng kiểm tàu cá chưa quan tâm thỏa đáng Công tác kiểm tra an tồn kỹ thuật máy khơng có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật, diễn biến an toàn kỹ thuật tuổi thọ máy Việc quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an tồn kỹ thuật máy tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 13 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Cơng tác kiểm tra an tồn kỹ thuật động nhằm góp phần tăng hiệu kinh tế, tăng tính thân thiện với mơi trường, tăng độ tin cậy tuổi thọ động nhờ tiêu chí sau : - Tăng khả an toàn hoạt động, độ tin cậy khả sử dụng cao; - Giảm chi phí bảo trì tiết kiệm chi phí phụ tùng thay giảm hao mịn khơng đáng có tháo rời chi tiết; - Giảm tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi trơn nhờ phát điều chỉnh kịp thời phận động đưa tình trạng làm việc tối ưu; - Giảm công lao động cho công tác đăng kiểm, giám sát, bảo dưỡng kỹ thuật sửa chữa; - Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường nhờ làm giảm chất thải độc hại phát sinh tiếng ồn dao động II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Qui trình chế tạo thiết bị: Khả thi, để chế tạo hệ thống vừa đảm bảo tính đại vừa phát triển sau Hệ thống thiết bị hệ thống đo: Lựa chọn công nghệ, vật tư linh kiện phần mềm phù hợp để chế tạo hệ thống thiết bị làm việc an toàn, tin cậy hiệu Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp kế thừa: Trên sở tìm hiểu thiết bị có tính năng, phân tích tính áp dụng cho đối tượng nghiên cứu; Nghiên cứu lí thuyết, khảo sát tổng hợp kết nghiên cứu, ứng dụng có trước sở phân tích lựa chọn phương án hợp lý cho đối tượng nghiên cứu; Tìm hiểu ứng dụng cơng nghệ để chế tạo thiết bị có giá thành hợp lý; Dựa vào thống kê thực nghiệm xây dựng chương trình điều khiển hợp lý 2.1 Nghiên cứu lý thuyết Đối với thiết bị đo phục vụ cho cơng tác kiểm tra an tồn kỹ thuật (kiểm định) hệ động lực tàu cá cần đảm bảo tính đơn giản, dễ sử dụng quan trọng tính khả thi 14 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 3/2021 Trong đó, thiết bị đo chế tạo phải có giá thành phù hợp phải đảm bảo kiểm định thông số: Áp suất cuối kỳ nén, áp suất phun nhiên liệu vận tốc dao động bệ đỡ [1] Cơ sở để lập qui trình chế tạo hệ thống thiết bị, gồm: 2.1.1 Sơ đồ chung hệ thống thiết bị Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm khối khối đầu vào, khối xử lí trung tâm khối đầu [3] Nhiệm vụ khối đầu vào bao gồm việc thu thập tín hiệu tín hiệu đo lường từ cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển gửi tới xử lí trung tâm Bộ xử lí trung tâm sau nhận tín hiệu tiến hành chuyển đổi, tính tốn, phân tích, so sánh với thơng số chuẩn cài đặt lưu nhớ xuất tín hiệu điều khiển cho khối đầu hình hiển thị Ngồi hệ thống cịn cho phép kết nối với máy tính nhằm phục vụ cho việc lưu trữ thông tin cần thiết 2.1.2 Các khối hệ thống thiết bị (1) Khối đo thông số đầu vào Cảm biến áp suất cuối trình nén: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu áp suất lịng xylanh động thành tín hiệu điện đưa tới ECU Cảm biến áp suất phun nhiên liệu: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu áp suất đường ống cao áp nhiên liệu cấp cho vịi phun động thành tín hiệu điện đưa tới ECU Cảm biến rung động: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu dao động bệ đỡ thành tín hiệu điện đưa tới ECU Ngưỡng cảnh báo theo quy định Đăng kiểm [Det Norske Veritas, Vibration class: Part chapter 15 2004, Norway 2011], vận tốc dao động miền tần số 1-200Hz không lớn mm/s (2) Bộ xử lí trung tâm - ECU Là não hệ thống thu thập xử lý tín hiệu vào/ra, xử lý trung tâm chứa đựng chương trình điều khiển Chương trình quy định cách thức thu thập tín hiệu đầu vào, xử lí, tính tốn chuyển đổi thành giá trị thông số đầu ECU Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 3/2021 Hình Sơ đồ chung hệ thống thiết bị kiểm định chứa chương trình liệu chuẩn chủng loại động khác thu thập nhập vào q trình sử dụng Với tính thiết lập chương trình phần mềm lập trình được, cho phép dễ dàng sửa đổi giải thuật khả thay đổi chương trình nhằm thích ứng với việc thay đổi yêu cầu đối tượng đo đầu vào, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật kiểm định thay đổi Điều thật thuận tiện cho q trình chuyển giao cơng nghệ sau (3) Khối đầu Hiển thị (HMI): loại hình TFT-LCD touch panel, cho phép nhập thơng tin, thông số loại động cần kiểm định, hiển thị giá trị tức thời thông số đo động làm việc tốc độ dao động bệ đỡ trục khuỷu, áp suất cuối kỳ nén, áp suất phun nhiên liệu, … so sánh với liệu gốc Căn vào thơng số này, người sử dụng xác định trạng thái kỹ thuật động theo quy phạm 2.1.3 Vật tư linh kiện hệ thống thiết bị (1) Bộ xử lý trung tâm hình giao tiếp Người-Máy Để thiết bị kiểm định nhỏ gọn, hoạt động ổn định đáng tin cậy, chọn xử lý PLC có tích hợp hình giao tiếp Touch panel (HMI) (2) Các cảm biến Các cảm biến lựa chọn sở thông số thống kê lý lịch loại động thủy sử dụng tàu cá Các cảm biến chọn sản phẩm thương mại độ xác cao quan có thẩm quyền chứng nhận sử dụng nhiều lĩnh vực - Cảm biến đo áp suất cuối kỳ nén Cảm biến HUBA 520 đo áp suất nén, hãng Huba control (Thụy Sỹ) chế tạo, có độ xác cao áp dụng nhiều lĩnh vực - Cảm biến áp suất phun nhiên liệu Áp suất động thủy sử dụng tàu cá phổ biến 300 bar, mẫu cảm biến áp suất chọn model 520.943 nhà sản xuất Huba Control (Thụy Sỹ) chế tạo - Cảm biến đo dao động Cảm biến đo dao động thiết bị dùng để kiểm tra trạng thái rung động tổng thể máy móc thiết bị Cảm biến đo vận tốc dao động sử dụng hệ thống cảm biến hãng IFM (Germany), model VKV02 2.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Chế tạo; - Cài đặt, kiểm tra làm việc thiết bị TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 15 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Qui trình chế tạo Trong phần lớn trường hợp quy trình cơng nghệ định cấu trúc thiết bị lắp ráp Các thiết kế chi tiết phương án xác định số lượng, loại, vị trí, kiểu lắp ráp thời gian thực mà thiết bị cần có; chế độ làm việc cấu chức năng; biện pháp đảm bảo độ tin cậy thiết bị Quy trình cơng nghệ hợp lý phải có độ linh hoạt cao, cho phép sử dụng thiết bị mơ đun tiêu chuẩn, thay đổi phương án thiết bị công nghệ, trang bị phụ, thiết bị điều khiển, … dễ thay hiệu chỉnh kết cấu thiết bị thay đổi Trong trình lắp đặt cần phải tuân thủ số lưu ý sau: Trước thi công chế tạo lắp đặt thiết bị phần tử thuộc hệ thống cần nghiên cứu kỹ hồ sơ sau: Catalogue hướng dẫn lắp đặt thiết bị, mô đun thuộc hệ thống; Bản vẽ đấu nối; Chuẩn bị đủ dụng cụ trang bị cần thiết; Thực biện pháp an toàn bảo vệ người thiết bị; Quy trình lắp đặt Lắp đặt cảm biến động cần chọn lựa vị trí lắp đặt phù hợp để đảm bảo giá trị thu thập xác/đại diện thơng số vật lý cần đo: Cảm biến áp suất phun [4] Cảm biến áp suất nén [2], Cảm biến dao động cần đặt bệ đỡ ổ trục [1] Trên sở đó, lưu đồ quy trình chế tạo cho hệ thống thiết bị sau: Hệ thống thiết bị 2.1 Mạch điện điều khiển Sơ đồ đấu nối cảm biến vào PLC/ HMI mạch điều khiển lắp đặt theo sơ đồ đấu nối thể hình [3] 2.2 Chế tạo lắp ráp hộp thiết bị 2.2.1 Chế tạo hộp thiết bị Hộp thiết bị (Hình 4) chọn vali nhôm thiết kế để ngăn chặn xâm nhập 16 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 3/2021 nước bụi với đệm làm kín xác; chi tiết kim loại đế, lề kết nối chân chốt làm thép không gỉ nhựa để ngăn chặn rỉ sét Vỏ vali chọn có thơng số kỹ thuật sau: Mức độ chống bụi chống thấm nước tiêu chuẩn: IP 65 Khoảng nhiệt độ làm việc: - 10 ~ + 70oC Khả chống cháy: không Căn thiết kế ban đầu để tiến hành gia công lắp đặt chi tiết cần thiết tủ điện, bao gồm: Gia công vỏ hộp để lắp đặt hình hiển thị điều khiển; Lắp đặt đỡ giữ mô đun thu thập liệu mơ đun kết nối ngoại vi, mơ Hình Lưu đồ quy trình chế tạo Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 3/2021 Hình Sơ đồ đấu nối cảm biến vào PLC/HMI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 17 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 3/2021 Hình Hộp thiết bị kiểm định đun xử lý trung tâm Để đảm bảo an toàn, toàn hệ thống cần nối đất an tồn thơng qua dẫn đồng lắp hộp 2.2.2 Kiểm tra thiết bị Quá trình kiểm tra bao gồm: Kiểm tra bên ngồi mắt thường để xem xét mức độ nguyên vẹn mô đun Kiểm tra đôminô đấu nối đầy đủ ốc vít, kiểm tra đường mạch có bị bong tróc, dây nối mạch có bị gãy hay khơng, vị trí lắp ráp có ngun vẹn bị cong vênh hay không Lắp đặt khối PLC/HMI vào khung đỡ mặt trên, mô đun chức vào đỡ, lắp đôminô,… Thực đấu nối dây mơ đun, mơ đun điều khiển hình hiển thị, mô đun đầu vào cảm biến, mô đun đầu (Out) thiết bị hiển thị Kiểm tra chắn trình lắp đặt theo rung động Kiểm tra hiệu chuẩn tín hiệu đo cảm biến 2.3 Đo lường hiển thị Hệ thống đo lường hiển thị gồm phần: 18 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Giao diện người dùng cho phép tương tác trực tiếp với hệ thống đo lường thơng qua hình HMI tủ qua tạo khả làm việc mềm dẻo hệ thống cho phép thay đổi hiệu chỉnh thông số, giá trị cài đặt phù hợp với hệ động lực sử dụng tàu khác Chương trình PLC có nhiệm vụ thu thập thông số vận hành từ cảm biến, tính tốn chuyển đổi so sánh với giá trị cài đặt, chuyển thơng tin hình hiển thị Dưới cách cài đặt chương trình điều khiển: Sau gắn cảm biến đo vào vị trí, sử dụng phần mềm theo trình tự sau: (1) Khởi động Khởi động động để máy nổ ổn định chế độ garanti (~1000 v/p) Cấp nguồn cho kít: Nguồn điện 220VAC/50Hz (+-10%), pha dây, nối đất đảm bảo dây nối đất kit (sọc vàng xanh) nối với khung sườn động hệ tiếp địa chung nguồn điện cung cấp Bật ON công tắt nguồn kit, chờ 5-10 phút để hệ thống máy hoạt động ổn định Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản (1.1) Màn hình cài đặt (SETTTING) (hình 5) Số 3/2021 (1.2) Màn hình giao diện (hình 6) Hình Màn hình cài đặt Hình Màn hình giao diện Tiến hành cài đặt thơng số cho động cần kiểm định: Người dùng cần nhập xác thơng số động cần kiểm định - Engine/Model: Nhập tên/model động - Engine speed/Tốc độ động (rpm): Nhập tốc độ động - Test time/Thời gian kiểm định: Nhập thời gian muốn kiểm định - Pinj/Áp suất phun (bar): Nhập áp suất phun tiêu chuẩn (cả giá trị min-max) - Pc/Áp suất nén (bar): Nhập áp suất nén tiêu chuẩn (cả giá trị min-max) - Vc/Vận tốc dao động bệ đỡ trục khuỷu (mm/s): Nhập vận tốc tiêu chuẩn Ngoài ra, nút Set Default nhấn để cài đặt nhanh thông số mặc định cài đặt sẵn Sau cài đặt đầy đủ thông số động cần kiểm định, nhấn HOME để quay trở lại mà hình (2) Kiểm định Màn hình (Hình 5) hiển thị thơng số động cần kiểm định Để bắt đầu trình test, nhấn nút START, để kết thúc nhanh trình test nhấn nút STOP, khơng q trình test tự động kết thúc đạt thời gian Test time cài đặt Kết thúc trình test, nhấn nút SAVE để lưu lại liệu test - In kết quả: Người dùng dùng máy tính kết nối với Kit để in trực tiếp kết sau test, in sau cách truy cập vào nút DATA (1.3) Màn hình liệu (DATA) (hình 7) Màn hình DATA LOGGER: Lưu lại cho phép truy xuất kết kiểm định trước người dùng lưu lại, tối đa 200 kết lưu Hình Màn hình DATA LOGGER hiển thị kết đo kiểm lưu lại IV KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Sản phẩm Hệ thống thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật chế tạo phù hợp với tàu cá TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 19 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Việt Nam, cụ thể: Đảm bảo đáp ứng yêu cầu đề với giá thành chấp nhận Các cảm biến mạch điều khiển có đặc tính kỹ thuật thích hợp với thơng số cần kiểm tra, dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng nâng cấp Chương trình viết ngơn ngữ phổ Số 3/2021 biến nay, dễ dàng sửa đổi nâng cấp, cải tiến thiết bị sau Giao diện thân thiện với người dùng Kiến nghị Cần thực nghiệm đề xuất xây dựng tiêu chuẩn thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật cho máy tàu cá Việt Nam dựa vào thiết bị thiết kế chế tạo TÀI LIỆU THAM KHẢO Phùng Minh Lộc (2020), “Lựa chọn thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật máy tàu cá”, Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản, Đại học Nha Trang Mai Đức Nghĩa Phùng Minh Lộc (2016), “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo áp suất cuối kỳ nén có kết nối máy tính phục vụ chẩn đốn kỹ thuật động diesel tàu cá”, Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản, Đại học Nha Trang Đoàn Phước Thọ, Phạm Đình Trung (2020), «Lập hồ sơ thiết kế hệ thống thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật phù hợp với máy tàu cá Việt Nam», Báo cáo đề tài NCKH cấp Bộ, mã số: B2020-TSN-01, 12/2020 Hồ Đức Tuấn (2020), “Thiết kế chế tạo thiết bị chẩn đoán kỹ thuật hệ thống phun nhiên liệu động diesel tàu cá”, Báo cáo đề tài NCKH cấp Trường, mã số: 20/2018/HĐTR TCVN 7111 (2002), “Qui phạm phân cấp đóng tàu cá biển cỡ nhỏ”, Tiêu chuẩn Việt Nam 20 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ... sơ thiết kế hệ thống thiết bị kiểm tra an tồn kỹ thuật phù hợp với máy tàu cá Việt Nam? ?, Báo cáo đề tài NCKH cấp Bộ, mã số: B2020-TSN-01, 12/2020 Hồ Đức Tuấn (2020), ? ?Thiết kế chế tạo thiết bị. .. tiến thiết bị sau Giao diện thân thiện với người dùng Kiến nghị Cần thực nghiệm đề xuất xây dựng tiêu chuẩn thông số kiểm tra an tồn kỹ thuật cho máy tàu cá Việt Nam dựa vào thiết bị thiết kế chế. .. kết đo kiểm lưu lại IV KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Sản phẩm Hệ thống thiết bị kiểm tra an toàn kỹ thuật chế tạo phù hợp với tàu cá TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 19 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ