so 4 2014 19 luu minh hai 2473

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU AN TOÀN CỦA ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ SỬ DỤNG TRÊN CÁC TÀU THỦY Ở VIỆT NAM RESEARCH ON EVALUATION OF SAFETY NORMS FOR GAS TURBINE ENGINES USED ON MARINE SHIPS IN VIETNAM Lưu Minh Hải1, Nguyễn Trung Hải2 Ngày nhận bài: 02/6/2014; Ngày phản biện thơng qua: 27/6/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014 TĨM TẮT Bài báo tóm tắt kết nghiên cứu đánh giá tiêu an toàn cho động tua bin khí sử dụng tàu thủy Việt Nam Chỉ tiêu an toàn hệ thống kỹ thuật đánh giá thơng qua xác suất an tồn xác suất hư hỏng phần tử hệ thống Việc kết hợp phương pháp logic xác suất phương pháp phân tích hư hỏng cho phép nâng cao độ xác đánh giá tiêu an tồn cho động tua bin khí Phần mềm SSAT-2013 xây dựng cho phép xác định thơng số tiêu an tồn nhanh chóng đồng thời đưa kết dự báo đáng tin cậy tình trạng kỹ thuật thiết bị Từ khóa: Độ tin cậy, động tua bin khí, tiêu an toàn ABTRACT This paper summarizes the results of studies evaluating safety norms for gas turbine engines used on marine ships in Vietnam Safety norms of a technical system are evaluated through safety probability or probability of failure to each element in the system The combination of probability - logic method and Fault Tree Analysis method allows improving the accuracy of safety norms evaluation for gas turbine engines SSAT-2013 software is developed to allow indentifying promptly the parameters of safety norms while providing results of reliable prediction of a technical condition of the equipment Keywords: Reliability, gas turbine engine, safety norm I ĐẶT VẤN ĐỀ Chỉ tiêu an toàn cho phép ta đánh giá khả làm việc an tồn trang bị kỹ thuật q trình khai thác Chỉ tiêu an toàn đặc trưng cường độ hỏng xác suất làm việc không hỏng, thời gian làm việc trung bình an tồn [3,4] Đây tiêu quan trọng đánh giá độ tin cậy trang bị kỹ thuật Động tua bin khí (TBK) có cơng suất lớn, tính động cao, khối lượng kích thước nhỏ gọn so với loại động công suất khác Hiện nay, động TBK ứng dụng rộng rãi trạm phát điện tĩnh tại, phương tiện giao thông vận tải đặc biệt tàu Hải quân Những ưu điểm hệ động lực TBK cho phép tàu thủy phát huy tốc độ cao tính cần thiết để thực nhiệm vụ giao, đặc biệt tuần tra, cứu hộ, cứu nạn, bảo vệ an toàn cho ngư dân khai thác xa bờ, bảo vệ chủ quyền biển đảo thềm lục địa tổ quốc Tuy nhiên, việc sử dụng khai thác động TBK tương đối phức tạp, địi hỏi người khai thác phải có trình độ cao, chấp hành nghiêm ngặt qui trình khai thác, qui định kiểm tra, bảo dưỡng động cơ… Ngoài ra, điều kiện thời tiết, khí hậu mơi trường hoạt động ảnh hưởng lớn tới công suất, độ bền tuổi thọ động TBK tàu thủy Thực tế khai thác thời gian qua cho thấy xuất nhiều hư hỏng xảy cho động TBK, làm ảnh hưởng không nhỏ tới việc đảm bảo độ tin cậy, tính an tồn hệ động lực tàu Việc sửa chữa thiết bị, hệ thống động TBK phức tạp khó khăn hoạt động biển Vì thế, việc nghiên cứu đánh giá tiêu Lưu Minh Hải: Cao học Kỹ thuật tàu thuyền 2011 – Trường Đại học Nha Trang TS Nguyễn Trung Hải: Học viện Hải Quân - Nha Trang 112 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản an tồn qua dự báo tình trạng kỹ thuật cho động TBK tàu thủy đề xuất biện pháp phù hợp nâng cao tính an toàn cho động cần thiết cần có quan tâm thỏa đáng từ phía người quản lý sử dụng tàu điều kiện kinh tế nước ta nghèo II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu đề tài giải hai vấn đề sau: - Xây dựng phương pháp đánh giá tiêu an toàn động TBK tàu thủy; Số 4/2014 - Xây dựng phần mềm máy tính đánh giá tiêu an tồn động TBK tàu thủy Đối tượng nghiên cứu đề tài động TBK sử dụng tàu thủy Việt Nam Trong đề tài tác giả sử dụng phương pháp logic xác suất [1,2,4] kết hợp phương pháp phân tích hư hỏng để xác định tiêu an toàn cho động TBK tàu thủy [1,5,6] Quá trình nghiên cứu, đánh giá tiêu an toàn động TBK thực theo trình tự hình Hình Phương pháp trình tự thực III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Sơ đồ nguyên lý động tua bin khí tàu thủy Hình Sơ đồ ngun lý động tua bin khí tàu thủy - Thiết bị vào, 2- Máy nén thấp áp, - Máy nén cao áp, - Buồng đốt, - Tuabin cao áp, - Tuabin thấp áp, - Tuabin chân vịt, - Hộp số, - Chân vịt Các phần tử động TBK dùng để đánh giá tiêu an toàn Để trình phân tích, tính tốn, đánh giá tiêu an toàn cho động TBK tàu thủy thuận tiện đảm bảo đạt kết mong muốn, đồng thời đưa giải pháp có tính khoa học, khả thi nhằm nâng cao tính an tồn cho động TBK tàu thủy, tác giả phân chia động TBK thành nhóm phần tử quy đổi phần tử quy đổi (gọi phân hệ phần tử) bảng 1: TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 113 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 Bảng Các phần tử, phân hệ động TBK dùng để đánh giá tiêu an toàn TT Tên phần tử Ký hiệu phần tử Thiết bị vào X1 Máy nén khí X2 Buồng đốt X3 Tuabin X4 Ổ trục X5 Hệ thống nhiên liệu Y1 Hệ thống bôi trơn Y2 Hệ thống làm mát Y3 Hệ thống khởi động Y4 10 Hệ thống khí Z1 11 Hệ thống điện Z2 Phân hệ Ký hiệu phân hệ Động X Hệ thống phục vụ Y Hệ thống điều khiển, bảo vệ Z Sơ đồ cấu trúc đánh giá tiêu an toàn động tua bin khí tàu thủy Sơ đồ cấu trúc dùng để đánh giá tiêu an toàn động TBK tàu thủy Việt Nam gồm 11 phần tử nối tiếp sơ đồ hình Hình Sơ đồ cấu trúc đánh giá tiêu an toàn động tua bin khí tàu thủy Mơ hình hư hỏng động tua bin khí tàu thủy Hình Mơ hình hư hỏng động tua bin khí tàu thủy 114 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu thống kê Sơ đồ thuật tốn xác định tiêu an tồn phân hệ động TBK Hình Sơ đồ thuật tốn xử lý số liệu thống kê Hình Sơ đồ thuật toán xác định tiêu an toàn động TBK tàu thủy Việt Nam Phần mềm SSAT 2013 Hình Giao điện phần mềm SSAT-2013 Phần mềm xác định, đánh giá tiêu an toàn động TBK tàu thủy SSAT-2013 xây dựng ngơn ngữ lập trình Visual Basic sở lưu đồ thuật tốn hình hình Thơng qua phần mềm thực nội dung sau: - Thống kê phần tử động TBK tàu thủy; - Thống kê hỏng hóc phần tử; - Xử lý số liệu thống kê hỏng hóc phần tử: chọn dạng phân bố, kiểm tra giả thuyết thống kê, tính tốn xác định thơng số tiêu an tồn theo khoảng thời gian khảo sát như: Hàm mật độ phân phối xác suất, xác suất hỏng, xác suất an tồn, cường độ hỏng, thời gian làm việc trung bình an tồn,… TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 115 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 - Tính tốn xác định thơng số tiêu an toàn phân hệ động cơ; - Vẽ đồ thị hàm mật độ phân phối xác suất hỏng, đồ thị hàm xác suất an toàn, xác suất hỏng cho phần tử, phân hệ động cơ; - Đưa kết luận tiêu an toàn cho phần tử, phân hệ cho động Chỉ tiêu an tồn phần tử động Hình Biểu đồ cường độ hỏng phần tử động Tua bin khí tàu thủy Hình Biểu đồ thời gian làm việc trung bình an tồn phần tử động TBK tàu thủy TBK Các kết tính tốn tiêu an toàn động TBK phần mềm SSAT-2013 tổng hợp trình bày bảng 2, hình 8, 9, 10 Bảng Xác suất hỏng phần tử động TBK TT Khoảng khảo sát (Giờ) 10 11 12 13 ÷ 200 200 ÷ 400 400 ÷ 600 600 ÷ 800 800 ÷ 1000 1000 ÷ 1200 1200 ÷ 1400 1400 ÷ 1600 1600 ÷ 1800 1800 ÷ 2000 2000 ÷ 2200 2200 ÷ 2400 2400 ÷ 2600 Thiết bị Máy nén vào 0.00007 0.00131 0.00728 0.02606 0.07077 0.15544 0.28581 0.45098 0.62440 0.77602 0.88675 0.95445 0.98918 0.00006 0.00115 0.00689 0.02618 0.07417 0.16715 0.31041 0.48811 0.66680 0.81317 0.91115 0.96486 0.98902 Buồng đốt 0.00018 0.00316 0.01610 0.05228 0.12805 0.25288 0.41829 0.59673 0.75457 0.86959 0.93887 0.97343 0.98773 Tua bin 0.00013 0.00245 0.01278 0.04269 0.10780 0.21973 0.37515 0.55153 0.71633 0.84367 0.92533 0.96888 0.98823 Xác suất hỏng HT nhiên HT bôi Ổ trục liệu trơn 0.00029 0.00502 0.02435 0.07491 0.17315 0.32212 0.50236 0.67847 0.81846 0.90940 0.95783 0.97903 0.98667 0.00083 0.01168 0.04698 0.12219 0.24467 0.40498 0.57747 0.73190 0.84780 0.92107 0.96021 0.97791 0.98471 0.00030 0.00489 0.02257 0.06715 0.15269 0.28391 0.44848 0.61928 0.76704 0.87410 0.93928 0.97269 0.98714 HT làm mát 0.00019 0.00314 0.01496 0.04635 0.11050 0.21652 0.36138 0.52705 0.68677 0.81721 0.90772 0.96122 0.98819 HT khởi động 0.00013 0.00229 0.01147 0.03721 0.09265 0.18887 0.32655 0.49093 0.65586 0.79559 0.89587 0.95698 0.98864 HT khí HT điện 0.00041 0.00628 0.02745 0.07778 0.16958 0.30462 0.46849 0.63453 0.77603 0.87794 0.94016 0.97244 0.98669 0.00077 0.01122 0.04638 0.12312 0.24975 0.41585 0.59297 0.74842 0.86151 0.93004 0.96474 0.97945 0.98469 Bảng Các thơng số tiêu an tồn động TBK tàu thủy Việt Nam TT Khoảng khảo sát (Giờ) 10 11 12 13 ÷ 200 200 ÷ 400 400 ÷ 600 600 ÷ 800 800 ÷ 1000 1000 ÷ 1200 1200 ÷ 1400 1400 ÷ 1600 1600 ÷ 1800 1800 ÷ 2000 2000 ÷ 2200 2200 ÷ 2400 2400 ÷ 2600 Các thơng số tiêu an toàn Xác suất hỏng 0.0033552 0.0514148 0.2140376 0.5160114 0.8219104 0.9694262 0.9980684 0.9999631 0.9999998 1.0000000 1.0000000 1.0000000 1.0000000 116 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Xác suất an toàn 0.9966448 0.9485852 0.7859624 0.4839886 0.1780896 0.0305738 0.0019316 0.0000369 0.0000002 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 Cường độ hỏng (giờ -1) 0.000844 0.001818 0.003431 0.005727 0.008589 0.011774 0.015031 0.018115 0.020837 0.022950 0.024086 0.024169 0.026863 Thời gian làm việc trung bình an tồn (giờ) 685.16 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 4/2014 Số lượng, chủng loại vật tư, phụ tùng dự phịng vào kết tính tốn tiêu an toàn cho phần tử động TBK đánh giá Để đảm bảo an toàn khai thác động TBK cần có kế hoạch sửa chữa động trước 1400 làm việc IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hình 10 Đồ xác suất hỏng Q(t) xác suất an toàn P(t) động TBK sử dụng tàu thủy Việt Nam Căn vào kết tính tốn thu trên, rút nhận xét, đánh giá tính an tồn cho động tua bin khí sử dụng tàu thủy Việt Nam sau: Theo sơ đồ cấu trúc, động tua bin khí tàu thủy Việt Nam hệ thống nối tiếp nên phần tử phân hệ bị hư hỏng làm cho phân hệ hư hỏng kéo theo hư hỏng cho động TBK Tại thời điểm đó, xác suất xảy hư hỏng động TBK lớn nhiều so với xác suất xảy hư hỏng phân hệ, phần tử Điều cho thấy xác suất xảy hư hỏng phần tử, phân hệ tăng xác suất xảy hư hỏng động TBK tăng nhiều, tức tính an tồn hệ thống bị giảm nhanh chóng Các động TBK sử dụng tàu thủy Việt Nam có thời gian làm việc trung bình an tồn khoảng 685 giờ; sau khoảng 1400 xác xuất an toàn tiến dần Như vậy, theo tính tốn tiêu an toàn cho động TBK tàu thủy Việt Nam, sau khoảng 700 làm việc, nguy hư hỏng xảy cho động TBK tăng cao Khi cần phải dự trù bổ sung loại vật tư phụ tùng để sửa chữa, thay thế… có kế hoạch bảo quản, kiểm sửa dự phòng cho phù hợp Kết đạt hạn chế Kết đạt - Xây dựng sở lí thuyết xác định tiêu an toàn cho động TBK - Xây dựng thuật tốn phần mềm tính tốn, xác định tiêu an toàn động TBK sử dụng tàu thủy Việt Nam - Tính tốn xác định cụ thể tiêu an toàn (xác suất hỏng, xác xuất an toàn, cường độ hỏng thời gian làm việc trung bình an tồn) cho phần tử cho động TBK theo khoảng thời gian khảo sát Hạn chế Kết đề tài dừng lại việc tính tốn tiêu an toàn (chỉ tiêu quan trọng độ tin cậy) mà chưa xác định tiêu khác độ tin cậy động TBK tàu thủy Việt Nam Kiến nghị - Các quan quản lý kỹ thuật xem xét ứng dụng kết đề tài để đánh giá tính an tồn cho động TBK Đồng thời cần quan tâm thích đáng tiếp tục nghiên cứu sâu tiêu độ tin cậy cho tất dạng động tua bin khí sử dụng nhiều tàu thủy Việt Nam thời gian tới - Cần tiếp tục đào tạo sâu khai thác sử dụng động TBK tàu thủy để nhanh chóng làm chủ, nâng cao khả vận hành, khai thác, xử lý tình thực tế xảy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Trung Hải, 2004 Phân tích hư hỏng phương pháp logic xác suất đánh giá độ tin cậy hệ thống động lực tàu thủy, Tạp chí Giao thơng vận tải số 5-2004 Nguyễn Trung Hải, 2005 Đánh giá độ tin cậy hệ thống động lực tàu vận tải biển Việt Nam có sử dụng động 6L350PN phương pháp logic xác suất, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Nha Trang, Khánh Hòa Nguyễn Nơng, Hồng Ngọc Vinh, 2000 Độ tin cậy sửa chữa ô tô - máy kéo, NXB Giáo dục Nguyễn Thạch, 2004 Cơ sở độ tin cậy động diesel tàu thuỷ, NXB KHKT, Hà Nội Z.W.BIRNBAUM, 1975 Reliability and fault tree analysis - Theoretical and applied aspects of system reliability and safety assessment, The George Washington University, Washington, D.C Jianwen Xiang, 2005 Fault Tree Analysis and Formal Methods for Requirements Engineering Tiếng Anh TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 117 ... 0.0 243 5 0.0 749 1 0.17315 0.32212 0.50236 0.67 847 0.81 846 0.90 940 0.95783 0.97903 0.98667 0.00083 0.01168 0. 046 98 0.12 219 0. 244 67 0 .40 498 0.57 747 0.7 3190 0. 847 80 0.92107 0.96021 0.97791 0.9 847 1... 0.16958 0.3 046 2 0 .46 849 0.6 345 3 0.77603 0.877 94 0. 940 16 0.97 244 0.98669 0.00077 0.01122 0. 046 38 0.12312 0. 249 75 0 .41 585 0.59297 0. 748 42 0.86151 0.930 04 0.9 647 4 0.97 945 0.9 846 9 Bảng Các thơng số tiêu... 0.96021 0.97791 0.9 847 1 0.00030 0.0 048 9 0.02257 0.06715 0.15269 0.28391 0 .44 848 0. 6192 8 0.767 04 0.8 741 0 0.93928 0.97269 0.987 14 HT làm mát 0.00 019 0.003 14 0.0 149 6 0. 046 35 0.11050 0.21652 0.36138 0.52705