Nghiên cứu thiết kế phương án dự phòng cho bộ nguồn thủy lực diesel power pack trên tàu ptsc surveyor

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo HỒ HÀ TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DỰ PHÒNG CHO BỘ NGUỒN THỦY LỰC DIESEL POWER PACK TRÊN TÀU PTSC SURVEYOR CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ VĂN VANG TP.HCM – 11.2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo HỒ HÀ TRUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DỰ PHÒNG CHO BỘ NGUỒN THỦY LỰC DIESEL POWER PACK TRÊN TÀU PTSC SURVEYOR CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC BẢO TRÌ TÀU THỦY MÃ SỐ: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN VANG TP HCM 11- 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS LÊ VĂN VANG Ngoài nội dung tham khảo tài liệu liệt kê phần “Tài liệu tham khảo”, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn HỒ HÀ TRUNG LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS LÊ VĂN VANG, người tận tình hướng dẫn phương pháp nội dung nghiên cứu trình thực luận văn Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Khoa Máy tàu thủy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trình học tập trường Đại học Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh trình làm luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tác giả trình học tập q trình làm luận văn Do thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi có thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cơ, chun gia, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Tính thiết đề tài Đối tượng nghiêncứu Phương pháp nghiên cứu Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 Tổng quát thủy lực thiết bị thủy lực 10 1.1.1 Các vấn đề truyền động thủy lực [1],[2],[3] 10 1.2 Cơ sở lý thuyết truyền động thủy lực 14 1.2.1 Các thông số bơm thủy lực 16 1.2.2 Phân loại ứng dụng loại bơm thủy lực tàu thủy 21 1.2.3 Trạm nguồn thủy lực: 24 1.2.4 Xây dựng quy trình tối ưu hóa trạm nguồn thủy lực nhiều cấu chấp hành 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DỰ PHỊNG CHO BỘ NGUỒN THỦY LỰC DIESEL POWER PACK TRÊN TÀU PTSC SURVEYOR 2.1 Tổng quan Tàu PTSC Surveyor 28 2.1.1 Chức nhiệm vụ tàu PTSC Surveyor: 28 2.1.2 Thông số kỹ thuật 28 2.2 Hệ thống thủy lực khoan tàu PTSC Surveyor 30 2.2.1 Công nghệ khoan 30 2.2.2 Hệ thống khoan tàu PTSC Surveyor 34 2.3 Bộ ổn định mũi khoan 38 2.3.2 Nguyên lý hoạt động: 42 2.4 Giới thiệu tổng quan nguồn Diesel power pack tàu PTSC Surveyor 43 2.4.1 Chức năng: 43 2.4.2 Bộ nguồn Diezel Power pack 43 2.5 Tính tốn thiết kế phương án dự phòng cho nguồn thủy lực Diesel power pack 45 2.5.1 Thông số kỹ thuật hệ thống thủy lực(Diezel Power Pack)(Cụm 1) 46 2.5.2 Thông số kỹ thuật hệ thống tời neo điểm (Cụm 2) 46 2.5.3 So sánh đánh giá thông số làm việc hệ thống: 47 2.5.4 Tính tốn thiết kế đường ống, cụm van chia van phân phối 52 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DỰ PHÒNG BỘ NGUỒN THUỶ LỰC POWER PACK TRÊN TÀU PTSC SURVEYOR 3.1 Giới thiệu phần mềm Automation Studio 63 3.1.1 Giới Thiệu Phần Mềm Automation Studio 6.0 63 3.1.2 Quá trình điều khiển ứng dụng phần mềm Automation Studio 6.0: 64 3.1.3 Mô Tả Phần Mềm Automation Studio 65 3.2 Q trình làm việc hệ thống mơ phỏng: 67 3.2.1 Các phần tử thiết bị hệ thống thủy lực 67 3.2.2 Lựa chọn thiết bị: 74 3.2.3 Kết mô phỏng: 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 Kết luận 86 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 MỞ ĐẦU Tính thiết đề tài Trong đề tài muốn nghiên cứu thiết kế phương án dự phòng cho nguồn thủy lực Diesel power pack trêntàu PTSC Surveyor, sử dụng trường hợp nguồn thủy lực gặp cố khắc phục trường dẫn đến tình sau xảy ra: - Hệ thống khoan dừng hoạt động hỏng Diesel power pack, thời gian để sửa chữa, gây downtime, ảnh hưởng đến tiến độ dự án, uy tín Cơng ty, giảm lịng tin khách hàng - Trong trường hợp xấu thiết bị cần khoan bị kẹt hố khoan, Seabed Frame đáy biển thu hồi lên boong tàu, gây an toàn rủi ro thiết bị cao Vì việc nghiên cứu phương án dự phịng cho cụm bơm thủy lực Diesel cần thiết Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống Khoan thủy lực Tàu PTSC Surveyor - Bộ nguồn Diesel Power pack Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Mô kết luận Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Cơ sở khoa học - Hệ thống thủy lực - Công nghệ khoan - Chương trình mơ hệ thống thủy lực Automation Studio 6.0 Ý nghĩa thực tiễn - Đánh giá q trình làm việc hệ thống Tính tốn nghiên cứu bố trí hệ thống dự phịng nguồn động lực cho thống khoan thăm PTSC Surveyor Đồng thời lựa chọn phương án phù hợp cho hệ thông, - Mô lại hệ thông làm việc hệ thống Khoan mới, nhằm đánh giá trình làm việc hệ thống Bố cục đề tài Đề tài có bố cục sau: Nội dung đề tài Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Tổng quát thủy lực thiết bị thủy lực 1.2 Tổng quát hệ thống thủy lực tàu thủy 1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, thông số đặc trưng, đặc tính số thiết bị thủy lực tàu thủy Chương 2: Nghiên cứu thiết kế phương án dự phòng cho nguồn thủy lực Diesel power pack tàu PTSC Surveyor 2.1 Tổng quan Tàu PTSC Surveyor 2.2 Giới thiệu tổng quan nguồn Diesel power pack tàu PTSC Surveyor 2.3 Sơ đồ hệ thống thủy lực khoan thăm dò tàu PTSC Surveyor 2.4 Nghiên cứu thiết kế phương án dự phòng cho nguồn thủy lực Diesel power pack Chương 3: Xây dựng chương trình mơ hệ thống dự phịng nguồn thuye lực power pack 3.1 Giới thiệu phần mềm Automattion Studio 3.2 Quá trình làm việc hệ thống mô 3.3 Kết mô Kết luận, kiến nghị CHƯƠNG 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quát thủy lực thiết bị thủy lực: 1.1.1 Các vấn đề truyền động thủy lực[1],[2],[3]: 1.1.1.1 Áp suất thủy tĩnh: Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lượng ngoại lực) tác dụng lên phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thể tích vật chứa chất lỏng Áp suất thủy tĩnh trung bình: 𝑝⃗= ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∆𝐹 ∆𝐴 Áp suất thủy tĩnh điểm: ⃗⃗⃗⃗⃗= 𝑝 lim∆𝐴−0 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∆𝐹 ∆𝐴 Hình 1-1 Áp suất thủy tĩnh - Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực hướng vào diện tích - Trị số áp suất không phụ thuộc vào hướng diện tích chịu lực Ta có: Ps = h.g.𝜌 + Pl Pf = 𝐹 𝐴 𝐹1 𝐴1 = Pf = 𝐹2 𝐴2 𝐼1 𝐼2 = 𝐴2 𝐴1 = 𝐹1 𝐹2 73 3.2.1.10 Nhóm ống dẫn, ống nối Các phần tử điều khiển có phần mềm dùng cho hệ thống thuỷ lực ống dẫn ống nối dung phổ biến kích thước khác tuỳ theo loại cấu có hệ thống chấp hành Ngồi nhóm cịn có vịng chắn đóng vai trò đảm bảo làm việc phần tử thuỷ lực 3.2.1.11 Bơm động Hình 3-14 Nhóm bơm động mơ Automation Studio 6.0 Bơm động dầu hai phần tử có Automation Studio 6.0 có chức dạng khác theo mơ hình cần xây dựng khác Nhiệm vụ phần tử bơm tạo lượng động dầu tiêu thụ lượng Về bơm dầu hệ thống thuỷ lực cần mô thường bơm thể tích điều chỉnh cố định lưu lượng Ngược lại động dầu thực trình biến đổi lượng dầu có áp suất đưa vào buồng công tác động biến lượng dòng chảy thành động quay trục động Có nhiều loại bơm dầu khác như; Bơm piston, bơm bánh răng, bơm cách gạt, bơm hướng trục… 3.2.1.12 Bể dầu: Đây phần tử cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín để cấp hay nhận dầu kín toả nhiệt q trình làm việc mà mơ hình có loại bể dầu tuỳ theo kích thước dung lượng cần thiết 74 Hình 3-15 Nhóm thùng chứa dầu mô Automation Studio 6.0 3.2.2 Lựa chọn thiết bị: Lựa chọn đường ống thép thủy lực từ cửa bơm tới van phân phối có đường kính D=12mm, chiều dài ống 1m Cụm van chia dòng điều chỉnh áp suất L06A3 hãng Sterling Hydraulic Van phân phối lựa chọn mạch RPR3-D06 H11 hãng Danfoss 3.2.2.1 Cụm bơm điện thủy lực: Là bơm dùng điện để lai bơm thủy lực Đông hoạt động vòng quay 1750 V/p với lưu lượng 175L/P 75 Hình 3-16 Mơ bơm điện lại động thủy lực cài đặt thông số 76 Mô nguồn Powerpack , đường ống, van chia cụm van phân phối Hình 3-17 Mơ nguồn Powerpack phần mềm Automation Studio 6.0 77 3.2.2.2 Mô hệ thống thủy lực điều khiển Dando Hình 3-18 Sơ đồ thủy lực hệ thống Dando mũi khoan Quay 78 Hình 3-19 Mơ phần mềm Automation Studio 6.0 Hệ thống Dando mũi khoan 79 3.2.2.3 Mô hệ thống Dando, Hệ thống tời nâng hạ, cụm thiết bị kẹp cần 80 Hình 3-20 Sơ đồ hệ thống thủy lực hệ thống Dando, hệ thống tời nâng hạ, cụm thiết bị kẹp cần 81 Hình 3-21 Mơ phần mềm Automation Studio 6.0 Hệ thống Dando, hệ thống tời nâng hạ, cụm thiết bị kẹp cần 3.2.3 Kết mơ phỏng: 82 Hình 3-22 Hình sơ đồ hệ thống thủy lực hệ thống khoan tàu PTSC Surveyor 83 Hình 3-23 Sơ đồ hoạt động hệ thống Khoan thăm dị tàu PTSC Surveyor 84 Hình 3-24 Bơm cố hoạt động trường hợp khẩn cấp lấy mũi khoan 85 Kết luận: Qua kết mô ta có áp lực bơm 42x3 = 126 Bar Áp lực cần thiết cho hệ thống hoạt động 92 Bar Tổng áp lực để hệ thống hoạt động = Tổng hao phí tính áp lực cần thiết cho hệ thống hoạt động 102,4 Bar Vậy với tính tốn hệ thống nguồn làm việc chế độ 81,7% tải Và đáp ứng chế độ làm việc, đường đặc tính tận dụng nguồn power pack hệ thống tời neo điểm 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Automation Studio 6.0 phần mềm dùng để tính tốn, thiết kế mơ động lực học lưu chất, ứng dụng đáng ý mơ q trình điều khiển hệ thống thuỷ lực Automation Studio 6.0 tính tốn lại mơ kết cấu làm việc với đồ thị đặc tính phản ánh ảnh hưởng thông số vừa thay đổi Đối với phần mềm có nhiều ưu điểm như: Tính tốn nhanh, rút ngắn thời gian nghiên cứu, thực lượng lớn công việc với kết xác mà với cách thơng thường khơng thể giải Người dùng tạo thư viện riêng phần tử để phục vụ mơ khác Qua q trình mơ hệ thống, ta nhận thấy hệ thống đáp ứng yêu cầu tận dụng nguồn thủy lực hệ thống tời neo điểm Các thiết bị đảm bảo yêu cầu đặt Kiến nghị Cần xây dựng tính tốn có tính ứng dụng đồng bộ, trang thiết bị có độ sai số thấp chi phí giảm Nhằm giúp tối ưu hóa lợi nhuận Xây dựng mô hệ thống điện phần mềm PLC hệ thống nhằm hồn thiện q trình mơ Ngoài đề án trọng điểm Cơng Ty TNHH Dịch Vụ Khảo Sát Cơng Trình Ngầm PTSC với cương vị ban chủ nhiệm dự án nên để dự án hồn thiện tơi nghĩ cần tính toán chi tiết thiết bị để kết hối hệ thống laị với nhau, đặc biệt phải tận dụng tối đa vật liệu thiết bị có sẵn Việt Nam Nhằm theo chủ trưởng Tổng công ty nội địa hóa, chuyển giao cơng nghệ giảm chảy máu ngoại tệ thuê chuyên gia trang thiết bị nước ngồi Cuối tơi xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Văn Vang, thầy PGS.TS Lê Hữu Sơn, Thầy TS Bùi Hồng Dương tất thầy cung cấp tài liệu, hỗ trợ để tơi hồn thành tốt đề tài 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS MTr Bùi Hồng Dương (2014), Giáo trình Máy phụ tàu thủy dùng cho lớp SQQL Máy [2] ThS MTr Bùi Hồng Dương, ThS MTr Trịnh Bá Trung (1998), Máy phụ tàu thủy, Nhà xuất Đại học Hàng hải Việt Nam [3] Lê Văn Tiến Dũng (2008), Điều khiển khí nén thủy lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM [4] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hòang (2008), Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [5] ThS Nguyễn Thị Hồng (2001), Các bảng tính tốn thủy lực, Nhà xuất xây dựng [6] TS Phùng Văn Khương, ThS Phạm Văn Vĩnh (2008), Thủy lực máy thủy lực, Nhà xuất giáo dục [7] Nguyễn Đăng Phóng (2011), Thủy lực máy thủy lực, Trường Đại học Giao thông vận tải [8] Tài liệu tàu PTSC Surveyor [9] http://www.automationstudio.com