Untitled TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K8 2015 Trang 51 Kiểm soát dao động thân tàu khi thử tàu theo tiêu chí đáp ứng dao động Lê Đình Tuân Trần Hải Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG HCM[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K8- 2015 Kiểm soát dao động thân tàu thử tàu theo tiêu chí đáp ứng dao động Lê Đình Tn Trần Hải Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 30 tháng 10 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 10 tháng 11 năm 2015) TÓM TẮT Dao động tàu vấn đề lớn ảnh hưởng trực tiếp đến tồn tàu q trình khai thác, vận hành Trong công nghiệp tàu thuỷ, rung động tàu vận hành nhiều yếu tố khác tạo nên Nó bao gồm dao động máy chính, dao động chân vịt, máy phụ, ổ đỡ, hệ thống thơng gió… nhiều thiết bị hoạt động khác Quá trình dao động ảnh hưởng đến độ bền kết cấu, tác động lên toàn thân tàu hoạt động sinh hoạt người tàu Chính vậy, việc kiểm sốt nắm bắt cách xác hạn chế tối đa rung động tàu điều khó khăn trở nên cấp thiết cho nhà máy đóng tàu Bên cạnh đó, q trình đo đạc mức dao động lớn tàu đựơc tổ chức đăng kiểm quy định cách nghiêm ngặt trước đưa tàu vào khai thác Ở Việt Nam, việc sâu vào tính tốn, phân tích ngun nhân đưa dự báo dao động cho tàu nhiều hạn chế Vì vậy, chưa đánh giá dao động giải cách khoa học Sau tàu đóng hồn chỉnh, phải nhiều thời gian tiền bạc để khắc phục thay để phù hợp với tiêu chuẩn dao động quy định nghiêm ngặt từ tổ chức đăng kiểm Việc nghiên cứu để lập qui trình thử dao động tàu đồng thời đo đạc, xử lí số liệu, phân tích dao động để đưa dự báo khắc phục dao động nhu cầu có thực nhà máy Đó nội dung nghiên cứu Từ khóa: dao động tàu thủy, tiêu chuẩn đáp ứng dao động GIỚI THIỆU CHUNG Cùng với việc tăng kích cỡ tốc độ tàu thủy, dao động tàu thủy trở nên vấn đề lớn thiết kế đóng tàu thủy Dao động mức làm hạn chế tiện nghi sinh hoạt cho khách thuyền viên Ngồi ảnh hưởng khơng mong muốn cho người, dao động tàu mức dẫn đến phá hủy mỏi cho chi tiết kết cấu cục làm sai lệch vận hành máy móc thiết bị Nghiên cứu dao động tàu thủy từ tính tốn mơ đến đo đạc thực nghiệm với hướng dẫn dao động tàu tổ chức đăng kiểm nhằm giúp cho nhà máy đóng tàu, nhà thiết kế tàu, chủ tàu hướng dẫn thực tế thiết kế nhằm tránh dao động mức cho tàu giai đoạn đầu thiết kế Nếu theo sát cách thức hướng dẫn với khả phán đoán tốt sâu sắc giai đoạn thiết kế ban đầu biện pháp đối phó ngặt nghèo hay cơng tác sửa sai Trang 51 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K8- 2015 giai đoạn thiết theo hồn tồn tránh Thủ tục phân tích dao động tàu dựa việc phân tích mơ hình phần tử hữu hạn để dự đoán đáp ứng dao động tàu đánh giá thiết kế giai đoạn thiết kế chi tiết Thủ tục phân tích dao động tìm thấy hầu hết hướng dẫn phân tích đăng kiểm khác giới (ABS, DNV, ) Trong đó, quy trình đo dao động tàu thử tàu đối chiếu với tiêu chuẩn đáp ứng giới hạn dao động dựa vào tiêu chuẩn quốc tế (ISO/DIS 2631/4, BS 6841, ISO 2631, ISO 6954, ISO 10816, ISO 1970, ) đề cập Nghiên cứu tập trung vào việc hình thành quy trình đo dao động tàu đánh giá kết tàu 6800 ký hiệu H181/105-01 đóng Saigon Shipmarin DAO ĐỘNG TÀU Nhìn chung việc tính tốn, thiết kế đo dao động tàu thủy máy chân vịt liên quan đến chủ đề sau: thiết kế ban đầu, phân tích dao động (tính mơ phỏng), đo dao động, tiêu chuẩn đáp ứng Chi tiết hai nội dung đầu tìm thấy [1, 3, 4] khơng đề cập Để đánh giá tính dao động tàu, mức độ dao động thực thụ vị trí trọng yếu đo đạc đánh giá suốt trình thử tàu [2] Công việc bao gồm thủ tục đo dao động liên quan đến thiết bị đo, điều kiện đo vị trí đo, xử lý số liệu báo cáo đo đạc Sơ đồ đánh giá tổng dao động tàu thủy tổng quát trình bày Hình Tiếp theo đối chiếu kết đo với tiêu chí đáp ứng giới hạn dao động cho dễ chịu sinh hoạt người, kết cấu cục máy móc theo tiêu chuẩn quốc tế Hình ví dụ tiêu biểu kiểm sốt dao động tiêu chuẩn, ISO 6954 - Tiêu chuẩn kiểm soát mức dao động áp dụng cho thủy thủ đoàn hành khách dao động học [1] Hình Sơ đồ tổng quát đánh giá dao động tàu thủy Page 52 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K8- 2015 Thiết bị đo dao động quy trình đánh giá dao động thân tàu kết cấu hỗ trợ, kết cấu cục bộ, máy đẩy hệ trục, máy móc khác thiết bị nội dung cần lưu ý đo dao động tàu thủy Thủ tục đo ghi dao động, xử lý hiển thị liệu thử tàu dựa theo ISO 4867-1984 (Code for the measurement and reporting of shipboard vibration data) SNAME T&R No 2-29 [1, 2] Các thủ tục áp dụng cho tàu có hệ thống động lực turbine diesel kích cỡ tàu Yêu cầu đo lường xác định phù hợp với đặc trưng tàu yêu cầu đặc trưng đòi hỏi đo lường 2.1.1 Yêu cầu chung Đo dao động tàu thủy thường thực nhờ vào thiết bị đo điện tử với việc đo ghi liên tục Việc ghi nhận liệu thực băng từ, giấy đo dạng trống quay dạng số hóa Hiển thị trực tiếp giấy in trình thử tàu giúp đánh giá tức thời tình trạng dao động Đo đạc thực với đại lượng đo gia tốc, vận tốc hay chuyển vị theo thời gian hay theo tần số (phổ thời gian, phổ tần số) đa phần kèm thêm tích phân, phân tích nhanh Fourier (FFT) Phần lớn thiết bị đo phân tích dao động trang bị tích hợp cơng cụ [5, 6] 2.1 Thiết bị đo dao động Hình Tiêu chuẩn kiểm soát mức dao động áp dụng cho thủy thủ đoàn hành khách dao động học, ISO 6954 Trang 53 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K8- 2015 2.1.2 Hiệu chuẩn Toàn thiết bị đo cần hiệu chuẩn có chứng hiệu chuẩn phù hợp (qui định năm) hãng bán thiết bị cung cấp hay cấp lại phòng thí nghiệm uy tín Các thủ tục hiệu chuẩn quy định chặt chẽ theo yêu cầu tổ chức đăng kiểm 2.1.3 Đặc tính máy đo sử dụng Việc thu thập liệu thực thiết bị đo dao động chuyên dùng PCD-300B (Kyowa) với kênh sử dụng cảm biến gia tốc kế loại AS-2GB, miền đo 020 m/s2, độ nhạy 605 V/V Dữ liệu thu dạng phổ gia tốc theo thời gian Gia tốc tích phân phân tích phổ tần số sử dụng đầu vào cho việc đánh giá rung động sau Hình Bố trí chung tàu hàng H181/105-01 Hình Vị trí điểm đo Page 54 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K8- 2015 2.2 Điểm đo Việc đo dao động tàu thủy thực tàu biển chở hàng rời H181/105-01 Công ty Saigon Shipmarin thực có thơng số sau: chiều dài toàn LOA= 102.79 m, chiều dài hai trụ Lpp = 94.5 m, bề rộng B = 17 m, mớn nước T = 7.2 m, lượng chiếm nước 6800 tấn, cơng suất 3600 HP, tốc độ trục 240 vịng/phút Bố trí chung tàu cho Hình Các điểm đo đánh số Hình 2.3 Tiêu chuẩn đo dao động tàu Các tiêu chuẩn để đánh giá mức độ dao động chấp nhận từ đo đạc dao động thử tàu ngày hoàn thiện năm gần [1, 2] Vận dụng tiêu chuẩn quốc tế hướng dẫn người ta đưa chuẩn đánh giá mức độ dao động sau: i) Giới hạn dao động thủy thủ đoàn hành khách ii) Giới hạn dao động cho kết cấu cục iii) Giới hạn dao động cho máy móc Giới hạn dao động cho phép thường định đặc trưng tàu Giới hạn dao động cho phép phải xác định hợp lý dựa vào đặc trưng tàu đặc trưng nhà đóng tàu Có nhiều tiêu chuẩn sử dụng kiểm soát dao động tàu: tiêu chuẩn sinh hoạt thủy thủ đoàn thoải mái hành khách: BS 6841 (1987) ISO 2631 (1997) [1]; tiêu chuẩn dao động học cho thủy thủ hành khách: ISO 6954 (1984) áp dụng rộng rãi tiêu chuẩn đáp ứng thủy thủ đoàn hành khách cho Hình Tiêu chuẩn đánh giá phản ứng (độ nhạy) người dao động toàn tàu [1]; tiêu chuẩn dao động học cho thủy thủ hành khách: ISO 6954 (2000) cung cấp cho sinh hoạt thủy thủ đoàn dễ chịu hành khách theo giá trị qn phương tần số tồn có trọng số từ đến 80 Hz ba vùng khác [1]; giới hạn dao động cho kết cấu cục bộ, giới hạn dao động cho máy móc: Quy định cho ANSI S2.27 (2002) SNAME T&R 2-29A (2004) [1] Liệt kê tiếu chuẩn thường gặp khác tìm thấy tài liệu [1] THỰC NGHIỆM Việc đo thực điểm tàu H181/105-01 định rõ điểm đo đánh dấu Hình Kết đo thực tế phổ gia tốc theo thời gian Chúng tích phân để phổ thời gian vận tốc sau loại bỏ ảnh hưởng offset (DC) lọc số thông cao Trong nghiên cứu dùng lọc Butterworth Tiến hành phân tích Fourier nhanh (FFT) kết trung gian trích điểm có biên độ (vận tốc) lớn ứng với tần số Tiếp theo kết lập thành biên đo dao động tàu có xác nhận bên tham gia đăng kiểm, chủ tàu nhà máy đóng tàu Kết kiểm tra theo Tiêu chuẩn ISO 2631 hay ISO 6954 để có kết luận cuối ghi rõ Biên vừa đề cập 3.1 Kết phân tích phổ tần số vận tốc rung động Thông số đo ban đầu cài đặt sau: tần số lấy mẫu fs = 500 Hz, số mẫu đo N = 2048 Kết thu trực tiếp phổ gia tốc theo thời gian, phổ vận tốc theo thời gian cuối phổ tần số vận tốc Hình 5, Trên phổ gia tốc ta xác định giá trị lớn ứng với tần số xác định theo điểm đo định trước (Hình 3, 4) Chúng ghi vào bảng kết đo (còn gọi Biên đo dao động, Bảng 1) ký xác nhận đăng kiểm, chủ tàu nhà máy đóng tàu Trang 55 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K8- 2015 Hình Phổ thời gian gia tốc, vận tốc phổ tần số điểm đo số 14 Hình Phổ thời gian gia tốc, vận tốc phổ tần số điểm đo số 33 Page 56 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K8- 2015 Bảng Giá trị vận tốc lớn xác định theo tần số Điểm đo Đánh số Max CPM mm/s Navi.Bri - Wheel house B Deck - C/Eng Day room - Capt Room - Passage A Deck - Hospital room - 2/ Eng - 2/ Offi - 3/Eng - C/Offi - 3/ Offi POOP DECK - Crew’s Mess Room - 1/Eng - 1/Oiler - Bos’n room - Elect - Officer mess room - Passage - Galley UPPER DECK - Steward - Oiler - Wip - Oiler - Oiler - Gymnasium room - Carpenter room - SM - SM - SM - SM - Passage E.R PLATFORM - Eng Control Room - Passage 3.2 Đánh giá Các kết đối chiếu với tiêu chuần ISO 2631, ISO 6954, cho kết thấp nhiều với đáp ứng yêu cầu Cụ 703 0.17 703 688 879 0.28 0.20 0.13 10 2461 2402 1304 2386 674 703 0.24 0.06 0.06 0.10 0.08 0.18 11 12 13 14 15 16 17 18 703 703 688 718 703 1860 1333 703 0.23 0.23 0.14 0.23 0.24 0.14 0.12 0.15 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 2769 688 1846 688 688 688 703 923 923 923 1846 1670 0.34 0.15 0.18 0.15 0.15 0.15 0.19 0.13 0.11 0.15 0.10 0.09 31 32 703 1758 0.14 1.51 thể, áp dụng tiêu chuẩn ISO 6954 (1984) tiêu chuẩn đáp ứng thủy thủ đoàn hành khách, kết đo đạc phản ứng (độ nhạy) người dao động tồn tàu khơng đáng kể Hình Trang 57 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K8- 2015 Hình Đánh giá dao động tàu theo ISO 9654 (1984) KẾT LUẬN Nghiên cứu đo dao động tàu phục vụ cho công tác kiểm định tàu giai đoạn thử tàu sau đóng cơng việc vơ quan trọng Nó định việc bàn giao tàu thức cho chủ tàu có diễn hay khơng liệu tàu có đủ an tồn để vận hành tương lai Trước đây, công việc thường nhà máy thuê chuyên gia nước với tiền thuê thiết bị, xử lý số liệu, báo cáo, cao làm giá thành đóng cao khơng giải việc kiểm sốt chất lượng đóng tàu Page 58 Nghiên cứu bước đầu đưa quy trình đo thử rung động tàu, xử lý liệu đo, phân tích đanh giá theo tiêu chuẩn công bố đầy đủ hướng dẫn đăng kiểm quốc tế Trên thực tế, quy trình áp dụng cho hai tàu với trọng tải 5190 6800 đóng nhà máy đóng tàu SSIC Saigon ShipMarin Các kết đo đạc thừa nhận Đăng kiểm Nga Nhật TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K8- 2015 On the vibration test of ship hull during the sea trials and the vibration acceptance criteria Le Dinh Tuan Tran Hai Ho Chi Minh city University of Technology, VNU-HCM ABSTRACT Ship vibration becomes a great concern in the design, construction and operation of the vessels In shipbuilding industry, excessive ship vibration during operation can occur by several excitation sources In general, these major sources are the lowspeed diesel main engine, the propeller, the auxiliary machinery, the supports, the HVAC and ones during operation Excessive ship vibration is to be avoided for ship strength, passenger comfort and crew habitability Hence, to follow vibration control procedures both in design stage and testing stage with insight and good judgment is quite essential for the shipyards Besides, the control of maximum vibration levels of ships must be strictly approved by main classification societies before their first operation In Vietnam, ship vibration analysis is rarely aimed at the confirmation of the many design considerations As the result, the evaluation and the solution on ship vibration are not well mentionned at most newbuilding ships Without this mention, ultimately serious problems, involving great cost in correction efforts, may not be avoided This research aims at a ship vibration test procedure including the measurement with data processing and analysis That serves as a prediction tool to fix the vibration problems at the domestic shipyards Key words: ship vibration, vibration acceptance criteria TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] American Bureau of Shipping Guidance Notes On Ship Vibration, 16855 Northchase Drive Houston, TX 77060 USA, 2006 [3] J S Carlton Marine Propellers and Propulsion, ButterWorth Heinemann Ltd, 1994 [2] Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM Báo cáo tổng kết đề tài: “Đo đạc, phân tích rung động cho tàu hàng lập quy trình đo rung động tàu”, 2015 [4] M Geradin, D, Rixen Dynamics of Structrues, Mc Hill, 2015 [5] Lê Đình Tuân, Tài liệu giảng dạy "Vibration analysis of rotating equipment", 7/2012 [6] Lê Đình Tuân, Tài liệu giảng dạy "Dynamic balancing or rotor ", 7/2012 Trang 59 ... HP, tốc độ trục 240 vịng/phút Bố trí chung tàu cho Hình Các điểm đo đánh số Hình 2.3 Tiêu chuẩn đo dao động tàu Các tiêu chuẩn để đánh giá mức độ dao động chấp nhận từ đo đạc dao động thử tàu ngày... hầu hết hướng dẫn phân tích đăng kiểm khác giới (ABS, DNV, ) Trong đó, quy trình đo dao động tàu thử tàu đối chiếu với tiêu chuẩn đáp ứng giới hạn dao động dựa vào tiêu chuẩn quốc tế (ISO/DIS 2631/4,... dao động cho phép thường định đặc trưng tàu Giới hạn dao động cho phép phải xác định hợp lý dựa vào đặc trưng tàu đặc trưng nhà đóng tàu Có nhiều tiêu chuẩn sử dụng kiểm soát dao động tàu: tiêu