Nghiên cứu giám sát rung động trên động cơ diesel tàu biển

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NCS LẠI HUY THIỆN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HẢI PHỊNG - 2020 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NCS LẠI HUY THIỆN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 9520116 CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC, BẢO TRÌ TÀU THỦY Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TSKH Đỗ Đức Lƣu HẢI PHỊNG - LỜI CAM ĐOAN Tên tơi LẠI HUY THIỆN, tác giả luận án tiến sĩ “Nghiên cứu giám sát rung động động diesel tàu biển” Bằng danh dự mình, tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, khơng có phần nội dung đƣợc chép cách bất hợp pháp từ cơng trình nghiên cứu tác giả khác Kết nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo nêu luận án hồn tồn xác trung thực Hải Phịng, ngày 10 tháng 03 năm 2020 Tác giả luận án Lại Huy Thiện - LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Nghiên cứu Khoa học Công nghệ hàng hải, Khoa Máy tàu biển Bộ mơn Khai thác Máy tàu biển, Phịng Quản trị - Thiết bị, Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam; Công ty TNHH Một thành viên đóng tàu Hồng Hà; Cơng ty TNHH vận tải biển Gia Hoàng Ban chủ nhiệm Đề tài độc lập công nghệ cấp quốc gia mã số: ĐTĐL.CN 14/15, GS.TS Lƣơng Công Nhớ - Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam làm Chủ nhiệm, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thực hoàn thành tốt nội dung luận án tiến sĩ Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TSKH Đỗ Đức Lƣu tận tình hƣớng dẫn nghiên cứu sinh năm qua để tác giả sớm hoàn thành luận án Mặc dù hoàn thành nội dung luận án nhƣng thời gian kiến thức, nhƣ kinh nghiệm hạn chế nên nội dung luận án không tránh khỏi thiếu sót Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy/cô, nhà khoa học đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tơi hồn chỉnh nội dung luận án có định hƣớng nghiên cứu tƣơng lai Cuối cùng, tác giả xin chân thành ngƣời vợ thân u, cảm ơn tồn thể gia đình, đồng nghiệp bạn bè ủng hộ, động viên, chia sẻ với suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án NCS Lại Huy Thiện - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC BẢNG .viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN 1.1 Tổng quan giám sát rung động 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Giám sát rung động động diesel tàu biển 14 1.2 Tình hình nghiên cứu giới nƣớc 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 15 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam .17 1.3 Đặt toán nghiên cứu 21 1.3.1 Đo, thu thập tín hiệu dao động 23 1.3.2 Xử lý tín hiệu dao động cho giám sát rung động 24 1.3.3 Xây dựng đại lƣợng đặc tính giới hạn dao động .25 1.3.4 Bài toán định giám sát rung động 26 1.3.5 Nội dung cần giải đề tài luận án .26 1.4 Kết luận chƣơng 28 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN 29 2.1 Sơ đồ nguyên lý cho giám sát rung động MDE .29 2.1.1 Sơ đồ chức nhiệm vụ GSRĐ động diesel tàu biển 31 2.1.2 Sơ đồ chức mô GSRĐ động diesel tàu biển 34 2.2 Mơ hình tốn đặc tính giới hạn dao động đƣợc giám sát .35 2.2.1 Giới hạn dao động dọc 35 2.2.2 Giới hạn dao động ngang 36 - 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 Giới hạn dao động xoắn 37 Cơ sở toán học cho đo xử lý tín hiệu dao động 37 Cơ sở khoa học trích mẫu đo 37 Mơ hình xử lý tín hiệu dao động 38 Cơ sở toán học định giám sát dao động MDE 41 Cơ sở toán học chuyển đổi dạng tín hiệu 41 Cơ sở tốn học cho mơ giám sát dao động xoắn hệ trục diesel máy lai chân vịt tàu biển áp dụng cho hệ trục tàu KN 375 43 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý mô giám sát DĐX hệ trục tàu KN 375 43 2.4.2 Cơ sở lý thuyết 44 2.4.3 Đánh giá độ tin cậy liệu vào [47] 49 2.5 Cơ sở tốn học cho mơ giám sát dao động dọc hệ trục diesel máy lai chân vịt 50 2.5.1 Nguyên lý mô giám sát dao động dọc hệ trục diesel tàu biển trạng thái rung động thời điểm giám sát 50 2.5.2 Cơ sở khoa học cho mô giám sát dao động dọc gối đỡ chặn 51 2.6 Mơ hình đặc tính dao động giới hạn quy đổi từ vận tốc sang gia tốc 55 2.7 Cơ sở công nghệ cho giám sát dao động động diesel tàu biển 56 2.7.1 Sơ đồ nguyên lý biến đổi thông tin GSRĐ động diesel tàu biển 56 2.7.2 Cơ sở công nghệ lựa chọn cảm biến 58 2.7.3 Cơ sở cơng nghệ lựa chọn góp liệu DAQ 59 2.7.4 Cơ sở công nghệ lựa chọn CPU thiết bị ngoại vi .59 2.7.5 Cơ sở công nghệ lập trình phần mềm LabView MatLab 60 2.8 Kết luận chƣơng 61 CHƢƠNG MÔ PHỎNG GIÁM SÁT DAO ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN 62 3.1 Mơ tín hiệu dao động đo động diesel tàu biển hệ trục diesel tàu biển lai chân vịt 62 - 3.1.1 Tín hiệu dao động xoắn đo trục trung gian hệ trục động diesel lai chân vịt 63 3.1.2 Mơ tín hiệu dạng dao động dọc, dao động ngang 68 3.2 Mô đặc tính giới hạn, đặc tính cho phép dao động xoắn, dao động dọc dao động ngang 69 3.2.1 Đặc tính dao động xoắn cho phép 69 3.2.2 Đặc tính dao động dọc cho phép gối đỡ chặn 73 3.2.3 Đặc tính dao động ngang cho phép theo Quy phạm RMR 74 3.3 Mô xử lý tín hiệu cho giám sát dao động MDE 75 3.3.1 Xử lý tín hiệu dao động xoắn 75 3.3.2 Mơ xử lý tín hiệu dao động ngang dọc động diesel hệ trục tàu biển 83 3.4 Mô định giám rung động hệ trục diesel lai chân vịt .94 3.5 Kết luận chƣơng 99 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU BIỂN 101 4.1 Chế tạo hệ thống giám sát rung động động diesel tàu biển .101 4.1.1 Yêu cầu kỹ thuật 101 4.1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo, giám sát đa kênh dùng cho MDE 102 4.1.3 Các thành phần hệ thống đo, GSRĐ đa kênh 104 4.1.4 Chế tạo kênh đo 106 4.1.5 Đồng hóa liệu tích hợp hệ thống 107 4.1.6 Hiệu chỉnh thiết bị .107 4.1.7 Hiệu chuẩn thiết bị 107 4.2 Kết thực nghiệm đo, giám sát rung động phịng thí nghiệm 108 4.2.1 Hệ thống đo, giám sát rung động phịng thí nghiệm 108 - 4.2.2 Mơ hình đối tƣợng phục vụ thực nghiệm đo, giám sát .108 4.2.3 Kết thực nghiệm 112 4.3 Kết thực nghiệm đo, GSRĐ động diesel tàu biển .116 4.3.1 Hệ thống đo, giám sát rung động tàu biển 117 4.3.2 Kết đo lƣu trữ liệu dao động thử nghiệm đƣờng dài .119 4.3.3 Đọc, xử lý, giám sát rung động thử nghiệm tàu KN 375 120 4.4 Kết luận chƣơng .125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO .130 PHỤ LỤC 135 - DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt ABS ADC số BD CĐRĐ CSCN CSDL DAQ DĐD DĐN DĐX D-G DNV FFT FP FTV GS GSDĐ GSRĐ ICE ISO MDE DME ME MHVL MHH MMMVS MMX MPP Giải thích Đăng kiểm Hoa Kỳ Analog Digital Convertor: Bộ chuyển đổi tƣơng tự Block Diagram: Giao diện lập trình Chẩn đốn rung động Cơ sở công nghệ Cơ sở liệu Data Acquisition: Bộ góp liệu Dao động dọc (Axial Vibrations, AVs) Dao động ngang (Laterial Vibrations, LVs) Dao động xoắn (Tosional Vibrations, TVs) Diesel - Generator: Tổ hợp diesel - máy phát điện Det Norsk Veritas: Đăng kiểm Đức Fast Fourier Transformation: Biến đổi Fourier nhanh Font Panel: Giao diện Free Torsional Vibrations: Dao động xoắn tự Giám sát Giám sát dao động Giám sát rung động Internal Combustion Engine: Động đốt International System Organization: Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế Marine Diesel Engine: Động diesel tàu biển Diesel Main Engine: Động diesel máy Main Engine: Động máy Mơ hình vật lý Mơ hình hóa Multi-Channel Measurement and Monitoring Vibration System: Hệ thống đo giám sát rung động đa kênh Mô men xoắn Main Propulsion Plant: Hệ trục lai chân - vịt NI National Instruments -