Nghiên cứu lắp đặt bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel tàu thủy

Hiện nay, ngành công nghệ đóng tàu ở nước ta ngày càng phát triển với số lượng tàu có tải trọng lớn ngày một gia tăng. Sự trẻ hóa độ tuổi của đội tàu và năng lực vận tải nhằm để đáp ứng yêu cầu cạnh tranh khốc liệt trong lĩnh vực vận chuyển bằng đường biển. Do đó, các trang thiết bị trên tàu cũng được hiện đại hóa với mức độ tự động điều khiển ngày càng cao. Trong xu thế đó, hệ động lực chính và phụ ở buồng máy cũng được trang bị hiện đại hóa, trong đó có bộ điều tốc điện tử dùng để duy trì ổn định tốc độ của động cơ. Bộ điều tốc điện từ đang dần thay thế cho các bộ điều tốc cơ thủy lực bởi tính chính xác của nó trong hoạt động điều khiển và duy trì tính ổn định của động cơ, góp phần vào việc đảm bảo an toàn trong khai thác tàu. Tuy nhiên, điều này cũng đòi hỏi người vận hành máy phải có đầy đủ kiến thức chuyên môn và kỹ năng để vận hành, điều khiển, điều chỉnh, bảo dưỡng và khắc phục các sự cố hoặc hỏng hóc liên quan đến điều tốc trong suốt thời gian động cơ hoạt động, cũng như nắm rõ các chế độ quá độ của động cơ khi hoạt động trong điều kiện phụ tải luôn thay đổi. Xét tình hình thực tế của xưởng thực hành động cơ sẵn có tại Khoa máy thuộc trường Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM, căn cứ trên nhu cầu cần thiết của công việc trên các đội tàu biển, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu lắp đặt bộ điều tốc điện tử cho động cơ Diesel tàu thủy. Mô phỏng và khảo sát bằng thực nghiệm quá trình quá độ của động cơ khi thay đổi phụ tải”. Đề tài nghiên cứu ra đời nhằm phục vụ trực tiếp cho công tác giảng dạy của giáo viên và nhu cầu tiếp cận thực tế của sinh viên đối với các thiết bị điều khiển công nghệ cao đang được lắp đặt dưới buồng máy tàu thủy hiện nay. Đồng thời, nó cũng giúp cho các sỹ quan máy đang làm việc trên các tàu biển có thể hiểu rõ các chế độ làm việc của động cơ ứng với các điều kiện khai thác khác nhau, cũng như tác động điều khiển của bộ điều tốc điện tử lên động cơ trong suốt các quá trình quá độ này, làm cho người vận hành không còn bối rối và có đủ tự tin để xử lý các tình huống trong khai thác, giúp duy trì hệ động lực ở trạng thái làm việc tốt nhất.

MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Mục lục Chƣơng Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.4 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Chƣơng Giới thiệu tổng quan 2.1 Tính thời nhu cầu cấp thiết đề tài 2.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Cơ sở lý thuyết tự động điều chỉnh điều khiển tốc độ quay động Diesel tàu thủy 3.1 Điều khiển ? 3.2 Vì phải điều tốc động ? 3.3 Sơ đồ chức hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay động 10 3.4 Lịch sử phát triển điều tốc 11 3.5 Phân loại điều tốc động 12 Chƣơng 3.5.1 Bộ điều tốc khí 12 3.5.2 Bộ điều tốc thủy lực 14 3.5.3 Bộ điều tốc điện tử 16 3.6 Giới thiệu điều tốc điện tử GAC ESD5500E 19 3.6.1 Giới thiệu chung 19 3.6.2 Các thông số 23 Mục Nội dung 3.6.3 Sơ đồ đấu nối hiệu chỉnh Trang 24 3.6.3.1 Sơ đồ đấu nối 24 3.6.3.2 Điều chỉnh 25 Chƣơng Cơ sở lý thuyết trình độ động Diesel tàu thủy 4.1 Các chế độ làm việc trình độ động Diesel tàu thủy 4.1.1 Chế độ làm việc tĩnh động Disesel tàu thủy 30 30 30 Chế độ làm việc động trình độ động Diesel tàu thủy 31 Tính chất động học động Diesel tàu thủy 36 4.2.1 Tính chất động học động Diesel làm việc với chân vịt 36 4.2.2 Tính chất động học động Diesel làm việc với máy phát điện 38 4.2.3 Tính chất động học động Diesel làm việc chế độ không tải 38 Phản ứng động Diesel thay đổi lƣợng cấp nhiên liệu phụ tải 40 Mối quan hệ vòng quay, phụ tải nhiên liệu động Diesel 40 4.1.2 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 Phƣơng trình động động Diesel 4.3.3 Quá trình độ động thay đổi lƣợng cấp nhiên liệu 41 44 4.3.4 Quá trình độ động diesel thay đổi phụ tải 47 4.3.5 Nhận xét 51 Chƣơng Kỹ thuật đo lƣờng điều khiển máy tính 53 5.1 Khái niệm đo lƣờng điều khiển máy tính 53 5.2 Giao diện máy tính đo lƣờng điều khiển 53 5.2.1 Giao tiếp qua rãnh cắm 54 5.2.1.1 Rãnh cắm theo chuẩn ISA 54 Mục Nội dung 5.2.1.2 Giao tiếp qua rãnh cắm theo chuẩn PCI Trang 55 5.2.2 Giao tiếp qua cổng song song 55 5.2.3 Giao tiếp qua cổng nối tiếp 56 5.2.4 Giao tiếp qua cổng USB 57 5.2.5 Giao tiếp qua cổng hồng ngoại 58 Ghép nối máy tính với thiết bị đo lƣờng 58 Ứng dụng Simulink/Matlab mô phòng trình độ động Diesel thay đổi phụ tải 59 6.1 Khái niệm mô 59 6.2 Mô trình độ động Diesel phụ tải thay đổi 60 5.3 Chƣơng 6.2.1 Mô lý thuyết trình độ 60 6.2.2.1 Khi tăng phụ tải cho động 60 6.2.2.2 Khi giảm phụ tải cho động 61 6.2.2 Mô ngôn ngữ lập trình 62 6.2.3 Mô thƣ viện Simulink/Matlab 63 6.3 Ứng dụng thƣ viện Simulink mô trình độ động Diesel có trang bị tốc điện tử 65 6.3.1 Khối điều khiển PID 65 6.3.2 Khối cảm biến điện từ 68 6.3.3 Khối chuyển đổi tín hiệu tần số thành điện áp 68 6.3.4 Khối động 69 Lắp đặt điều tốc điện tử ESD5500E cho động Diesel Chƣơng tàu thủy VM MOTORI Khảo sát trình độ động thay đổi phụ tải thực nghiệm 7.1 Giới thiệu sơ lƣợc hệ thống 75 75 Mục Nội dung Trang 7.1.1 Phần động Diesel 75 7.1.2 Thiết bị tạo tải cho động 76 7.1.3 Điều tốc động 79 7.1.4 Bộ thực 80 7.1.5 Các phần tử cảm ứng vòng quay vị trí 80 7.1.6 Giao diện máy tính 82 7.1.7 Máy tính PC 82 Khảo sát trình độ động Diesel thay đổi phụ tải thực nghiệm 82 Sơ đồ hệ thống điều khiển vòng quay động có trang bị điều tốc điện tử 82 7.2 7.2.1 7.2.2 Khảo sát trình độ động thay đổi phụ tải Chƣơng Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 84 89 90 CHƢƠNG - MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Nhằm sâu tìm hiểu lý thuyết trình độ động Diesel tàu thủy, nhƣ khảo sát thực tế cách trực quan trình độ động Diesel tàu thủy sẵn có xƣởng thực hành động trƣờng Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM Kết rút từ trình thực nghiệm sở để củng cố lại lý thuyết giảng dạy môn học lớp, nhƣ nâng cao công tác thực hành nhà trƣờng, giúp Thầy trò ứng dụng kiến thức môn học công nghệ tiên tiến vào thực tiễn công việc tàu Đó lý việc chọn đề tài nghiên cứu 1.2 Mục đích đề tài Mục đích đề tài nghiên cứu để ứng dụng lắp đặt thiết bị điều khiển điện tử tiên tiến vào động Diesel tàu thủy sẵn có xƣởng thực hành nhà trƣờng để nâng cao khả điều khiển tối ƣu trình làm việc động Đồng thời kết hợp với kỹ thuật lập trình đo lƣờng máy tính để khảo sát trình độ xảy bên động làm việc xuất liệu trực quan hình Kết đề tài đƣợc ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy lý thuyết lớp thực hành xƣởng động cho sinh viên chuyên ngành máy tàu thủy 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tƣợng nghiên cứu đề tài động Diesel thủy hiệu VM MOTORI HR-M Ý sản xuất, có trang bị thiết bị thử tải kiểu thủy lực đƣợc lắp đặt xƣởng thực hành máy tàu thủy, sở Quận 12, thuộc trƣờng Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM Sau tiến hành bảo dƣỡng để đƣa động trạng thái làm việc bình thƣờng, tiến hành nghiên cứu lắp đặt điều tốc điện tử GAC ESD5500E SERIES Mỹ sản xuất làm thiết bị điều khiển tốc độ động trình làm việc Ứng dụng Simulink/Matlab để mô trình độ động Kết hợp với lập trình đo lƣờng máy tính để khảo sát kiểm tra lại kết thực nghiệm trình độ diễn bên động 1.4 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Sự phát triển ngành công nghiệp đóng tàu, vận tải đƣờng biển liên tục ngày cải tiến Do đó, đòi hỏi phát triển công nghệ điều khiển trang thiết bị máy móc buồng máy tàu thủy Điều này, yêu cầu ngƣời vận hành phải cập nhật kiến thức, trau dồi nâng cao chuyên môn, kỹ nghề nghiệp Đề tài nghiên cứu kết hợp lý thuyết chuyên sâu chế độ độ động Diesel tàu thủy, điều tốc điện tử đại, kỹ thuật điều khiển lập trình đo lƣờng ứng dụng, kết hợp với máy tính Kết đề tài góp phần quan trọng tiến trình cải tiến công nghệ, nâng cao tính làm việc tin cậy hệ động lực lắp đặt tàu hoàn thiện kỹ ngƣời vận hành 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Trong khai thác hệ động lực, nhu cầu chăm sóc, bảo dƣỡng động cơ, hiệu chỉnh, xử lý hỏng hóc, đặc biệt giai đoạn độ phụ tải động thay đổi liên tục yếu tố quan trọng cần thiết Vì vậy, đề tài giúp cho sỹ quan máy làm việc tàu biển hiểu rõ chế độ làm việc động ứng với điều kiện khai thác khác nhau, tác động điều khiển điều tốc điện tử lên động trình độ Từ đó, làm cho ngƣời vận hành không bối rối có đủ tự tin để xử lý tình khai thác, giúp trì hệ động lực trạng thái làm việc tốt Đề tài giúp ích cho bạn sinh viên ngồi ghế giảng đƣờng hiểu rõ nội dung môn học lý thuyết lớp có trải nghiệm ban đầu trƣớc bƣớc chân xuống làm việc thực tế đội tàu biển CHƢƠNG - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2.1 Tính thời nhu cầu cấp thiết đề tài Hiện nay, ngành công nghệ đóng tàu nƣớc ta ngày phát triển với số lƣợng tàu có tải trọng lớn ngày gia tăng Sự trẻ hóa độ tuổi đội tàu lực vận tải nhằm để đáp ứng yêu cầu cạnh tranh khốc liệt lĩnh vực vận chuyển đƣờng biển Do đó, trang thiết bị tàu đƣợc đại hóa với mức độ tự động điều khiển ngày cao Trong xu đó, hệ động lực phụ buồng máy đƣợc trang bị đại hóa, có điều tốc điện tử dùng để trì ổn định tốc độ động Bộ điều tốc điện từ dần thay cho điều tốc - thủy lực tính xác hoạt động điều khiển trì tính ổn định động cơ, góp phần vào việc đảm bảo an toàn khai thác tàu Tuy nhiên, điều đòi hỏi ngƣời vận hành máy phải có đầy đủ kiến thức chuyên môn kỹ để vận hành, điều khiển, điều chỉnh, bảo dƣỡng khắc phục cố hỏng hóc liên quan đến điều tốc suốt thời gian động hoạt động, nhƣ nắm rõ chế độ độ động hoạt động điều kiện phụ tải thay đổi Xét tình hình thực tế xƣởng thực hành động sẵn có Khoa máy thuộc trƣờng Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM, nhu cầu cần thiết công việc đội tàu biển, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu lắp đặt điều tốc điện tử cho động Diesel tàu thủy Mô khảo sát thực nghiệm trình độ động thay đổi phụ tải” Đề tài nghiên cứu đời nhằm phục vụ trực tiếp cho công tác giảng dạy giáo viên nhu cầu tiếp cận thực tế sinh viên thiết bị điều khiển công nghệ cao đƣợc lắp đặt dƣới buồng máy tàu thủy Đồng thời, giúp cho sỹ quan máy làm việc tàu biển hiểu rõ chế độ làm việc động ứng với điều kiện khai thác khác nhau, nhƣ tác động điều khiển điều tốc điện tử lên động suốt trình độ này, làm cho ngƣời vận hành không bối rối có đủ tự tin để xử lý tình khai thác, giúp trì hệ động lực trạng thái làm việc tốt 2.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Với mục tiêu giải vấn đề thực tế nêu trên, đề tài vào nghiên cứu lắp đặt điều tốc điện tử cho động có sẵn xƣởng thực hành, sâu nghiên cứu lý thuyết trình độ động Diesel, ứng dụng mô Simulink/Matlab kỹ thuật lập trình máy tính để khảo sát trình độ động thay đổi phụ tải 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Dùng phƣơng pháp phân tích, tổng hợp để nghiên cứu lý thuyết trình độ động Diesel tàu thủy, lý thuyết tự động điều khiển điều chỉnh, nguyên lý làm việc điều tốc điện tử Dùng phƣơng pháp nghiên cứu thử nghiệm tiến hành lắp đặt hoàn chỉnh điều tốc điện tử động Diesel xƣởng thực hành sở Quận 12, thuộc Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM, kiểm tra làm việc điều tốc điện tử thay đổi phụ tải động Diesel Dùng phƣơng pháp mô hình hóa ứng dụng mô Simulink Matlab để xây dựng mô hình lý thuyết, khảo sát trình làm việc chế độ độ động Diesel tàu thủy có trang bị điều tốc điện tử thay đổi phụ tải Sử dụng ngôn ngữ lập trình ứng dụng Visual basic kỹ thuật đo lƣờng điều khiển để kết nối thông số, liệu từ động đến máy tính, tiến tới khảo sát thực nghiệm trình độ động Diesel có trang bị điều tốc điện tử phụ tải thay đổi CHƢƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY ĐỘNG CƠ 3.1 Điều khiển ? Điều khiển trình thu thập thông tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống gần với mục đích định trƣớc Để hiểu rõ khái niệm điều khiển, tìm hiểu ví dụ dƣới đây: Một ngƣời đàn ông điều khiển xe gắn máy muốn điều khiển xe tốc độ 50 km/giờ Nhƣ vậy, 50 km/giờ giá trị vòng quay cho trƣớc mà ngƣời điều khiển mong muốn trì không đổi trình điều khiển xe máy Khi này, nhìn vào đồng hồ báo vòng quay xe máy Đồng hồ báo tốc độ thực mà xe chạy ngƣời đàn ông so sánh tốc độ thực xe tốc độ mong muốn đạt đƣợc Nếu hai giá trị tốc độ nguyên tay ga Nếu tốc độ thực lớn tốc độ mong muốn giảm tay ga để tốc độ thực giảm xuống với tốc độ mong muốn Ngƣợc lại, phải tăng tay ga để tăng tốc độ động lên đến giá trị mong muốn cho trƣớc Khi tốc độ thực với tốc độ mong muốn, ta nói ngƣời điều khiển trạng thái cân bằng, nghĩa không thay đổi vị trí tay ga Nhƣ vậy, trình lái xe trình điều khiển Trong trình điều khiển, ngƣời lái xe cần thu thập thông tin đối tƣợng cần điều khiển (quan sát đồng hồ đo tốc độ để thu thập thông tin tốc độ xe) Tùy theo thông tin thu thập đƣợc mục đích điều khiển mà ngƣời điều khiển có cách xử lý thích hợp (quyết định tăng giảm tay ga nhiên liệu) nhằm tác động vào đối tƣợng điều khiển để hoạt động đối tƣợng đƣợc điều khiển theo yêu cầu mong muốn 3.2 Vì phải điều tốc động ? Một ngựa bất kham phi nƣớc đại đƣờng cảnh tƣợng vô hùng vĩ Tuy nhiên, để đƣợc việc ngựa phải đƣợc dƣỡng điều khiển theo ý muốn Cũng giống nhƣ thế, tất nguồn lƣợng phải đƣợc điều khiển để chuyển đổi thành dạng lƣợng có ích để điều khiển tốc độ hay công suất động cơ, ngƣời ta sử dụng thiết bị hoàn chỉnh có tên gọi điều tốc 3.3 Sơ đồ chức hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay động E(s) R(s) U(s) Bộ điều khiển Đối tƣợng điều khiển Y(s) C(s) Cảm biến Hình 3.1: Sơ đồ chức hệ thống điều chỉnh tốc độ quay động R(s) : Tín hiệu đầu vào C(s) : Tín hiệu phản hồi E(s) : Độ lệch tín hiệu đầu vào tín hiệu phản hồi U(s) : Tín hiệu điều khiển Y(s) : Tín hiệu đầu Để thực trình điều khiển, hệ thống điều khiển cần phải có ba thành phần thiết bị đo lƣờng (cảm biến), điều khiển đối tƣợng điều khiển Thiết bị đo lƣờng có chức thu thập thông tin, điều khiển thực chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tƣợng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển Trở lại ví dụ trình bày trên, ta thấy đối tƣợng điều khiển xe máy (hay động gắn xe), thiết bị đo lƣờng (cảm biến) đồng hồ đo tốc độ đôi mắt ngƣời điều khiển xe, điều khiển não ngƣời điều khiển xe, cấu chấp hành cánh tay ngƣời điều khiển xe Tín hiệu đầu vào R(s) 50 km/h, tín hiệu Y(s) tốc độ thực xe máy Tín hiệu phản hồi C(s) vị trí kim báo đồng hồ đo tốc độ Độ lệch E(s) hiệu số tốc độ mong muốn tốc độ thực xe máy Tính hiệu điểu khiển U(s) góc quay tay ga xe máy 7.1.2 Thiết bị tạo tải cho động cơ: - Tên thiết bị tạo tải : PB Hyraulic Dynamometer - Loại công chất : nƣớc làm mát khỏi động - Kiểu : rôto thủy lực - Công suất tải lớn : 160 HP - Momen tải lớn : 125 N.m - Vòng quay : 4.000 – 7.000 v/ph Theo thiết kế tạo tải, công suất phụ tải đƣợc tạo đƣợc xác định công HP  thức: M max  n 7023,746 Trong đó: Mmax = 125 N.m Ở vòng quay khai thác (trong điều kiện xƣởng thực hành) n = 1.800 v/ph, lƣợng tải đƣợc đóng trƣờng hợp khảo sát thực nghiệm đề tài là: HP  125  1800  32 HP 7023,746 Vậy, lƣợng tải lớn đƣợc đóng trƣờng hợp 32 HP hay ứng với phụ tải động là: 32 HP  45% 70 HP Thiết bị tạo tải lắp đặt cho động VM MOTORI sử dụng nguồn nƣớc làm mát khỏi động để đƣa vào chứa bên không gian buồng làm việc Tại đây, bánh cánh roto đƣợc truyền chuyển động từ trục động thông qua khớp nối cao su đàn hồi Thể tích nƣớc buồng chứa đƣợc thay đổi thông qua tay quay điều khiển tải bên hệ trục vít Phụ tải động lớn không gian buồng làm việc đƣợc đóng kín chứa đầy nƣớc Phụ tải động giảm dần không gian buồng làm việc đƣợc mở ra, lƣợng nƣớc thoát két chứa (điều kiện làm việc động đƣợc giả lập giống nhƣ chân vịt làm việc dƣới nƣớc) Hình 7.3: Tháo kiểm tra roto thiết bị tạo tải cho động Hình 7.4: Tháo bảo dưỡng cấu truyền động đóng mở buồng nước điều khiển (thay đổi tải cho động cơ) 7.1.3 Điều tốc động - Tên điều tốc : ESD5500E - Nhà sản xuất : GAC – Governor America Corp, Mỹ - Loại điều tốc : Điều tốc điện tử - Nguồn cấp : 12 24V - Cảm biến vòng quay : kiểu điện từ - Bộ thực : kiểu điện hãng GAC, Mỹ sản xuất - Độ ổn định : ± 0.25% lớn - Vùng tốc độ điều tốc : 1K.Hz  7.5K Hz (1.250 v/p  9.375 v/p) - Hệ số sai tĩnh : 15% - Vùng thay đổi tốc độ : ± 200 Hz ( ± 250 v/p) Hình 7.5: Lắp đặt điều tốc điện tử GAC ESD5500E 7.1.4 Bộ thực Bộ thực tác động điều khiển bơm cao áp đƣợc lựa chọn thực ADB 225 hãng GAC, có công suất điện áp điều khiển tƣơng tƣơng thích với điều tốc GAC ESD5500E đƣợc lựa chọn công suất trục phù hợp với công suất dẫn động bơm cao áp động MOTORI 494HT10 7.1.5 Các phần tử cảm ứng vòng quay vị trí Cảm biến vòng quay động cơ: thiết bị đo vòng quay động cho điều tốc đƣợc sử dụng đầu pickup điện từ Xung tốc độ có tần số từ đến 2.880 Hz (bánh cảm biến gồm 48 răng), ứng với vòng quay từ đến 3.600 vòng/phút Vị trí động cơ: Vị trí động tỉ lệ với điện áp điều khiển điều khiển tác động lên thực hiện, sử dụng tín hiệu điện áp tác động lên thực sử dụng làm nguồn tín hiệu vị trí răng, mức điện áp có giá trị từ – 12 Vôn Tín hiệu nhiên liệu đƣợc chuyển đổi đƣa đến giao diện máy tính có điện áp từ – 5V DC Hình 7.6: Bộ thực kiểu điện ADB 225 hãng GAC Hình 7.7: Cảm biến vòng quay cảm biến vị trị nhiên liệu Hình 7.8: Liên kết thực bơm cao áp 7.1.6 Giao diện máy tính Giao diện máy tính thiết bị đo vòng quay động nhiên liệu bao gồm kênh, biến đổi tính hiệu xung vòng quay từ đầu cảm ứng Pickup tín hiệu điện áp từ đầu cảm ứng vị trí răng, tiến hiệu đƣợc biến đổi thành tín hiệu số đƣa vào PC cá nhân thông qua cổng nối tiếp RS 232 chín chân Hình 7.9: Giao diện máy tính kênh 7.1.7 Máy tính PC Máy tính PC đƣợc sử dụng trình khảo sát thực nghiệm máy Laptop HP với cấu hình trung bình, cài đặt hệ điều hành Window XP, phần Main boad có cổng kết nối truyền liệu nối tiếp RS 232, chuẩn chín chân Máy tính đƣợc cài đặt chƣơng trình phần mềm Visual Basic 7.2 Khảo sát trình độ động Diesel thay đổi phụ tải thực nghiệm 7.2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vòng quay động có trang bị điều tốc điện tử Trên sở thiết bị sẵn có xƣởng động nhà trƣờng, tiến hành khảo sát trình độ động Diesel có trang bị điều tốc điện tử nhƣ sau: ĐIỀU TỐC ĐIỆN TỬ BỘ THỰC HIỆN BCA Pickup ĐỘNG CƠ DIESEL VM MOTORI 494HT/10 THIẾT BỊ TẠO TẢI Pickup GIAO DIỆN Máy tính PC Hình 7.10: Sơ đồ hệ thống khảo sát thực nghiệm trình độ động Diesel thay đổi phụ tải Trên sở phần cứng đƣợc lựa chọn, xây dựng chƣơng trình tính viết phần mềm chƣơng trình đo hiển thị demo hình với ngôn ngữ lập trình Visaul Basic Demo hình ghi tín hiệu số từ điều tốc điện tử sang máy tính biểu diễn nhƣ hình (7.11) bên dƣới Trên demo hình hiển thị có trục: trục tung thể tốc độ quay động (vòng/phút) vị trí nhiên liệu (%), trục hoành thể thời gian đáp ứng (giây) Đây chƣơng trình đo, vẽ đồ thị thay đổi thông số chủ yếu điều tốc thử nghiệm, dùng để đánh giá tính kỹ thuật điều tốc điện tử đƣợc chế tạo, đồng thời dùng để đo vẽ trình độ động Diesel tàu thủy thực tế Đối vối động thử nghiệm có vòng quay lớn 3600 v/ph nên để thuận tiện cho việc khảo sát, chọn vòng quay hiển thị cho hệ thống là: Vòng quay lớn nmax = 3.600 v/ph thời gian đáp ứng lớn tmax = 60 giây Hình 7.11: Màn hình demo biểu diễn trình độ động Diesel thay đổi phụ tải 7.2.2 Khảo sát trình độ động thay đổi phụ tải Trên sở lựa chọn trên, tiến hành lắp đặt hoàn chỉnh điều tốc điện tử cho động VM MOTORI 494HT10 Theo thực tế tại, lựa chọn vòng quay thử nghiệm giá trị n = 1.800 v/ph để tiến hành khảo sát trình độ động thay đổi phụ tải Thiết bị tạo tải thực tế đƣợc sử dụng động có chế độ tác động bao gồm: chế độ đóng toàn tải chế độ không tải Việc đóng tải nhả tải đƣợc thực thông qua tay điều khiển tăng giảm tải cách quay tròn Để tạo đƣợc tải đột ngột thực cách tăng giảm nhanh việc đóng nhả tải từ thiết bị tải Tiến hành nghiên cứu tải tác động vào động ba trƣờng hợp sau: - Tải không đổi - Tăng tải - Giảm tải Khi tiến hành khảo sát thực nghiệm mô hình, thu đƣợc đồ thị trình độ động hình máy tính cho trƣờng hợp động làm việc không tải, tăng tải giảm tải nhƣ sau:  Chế độ làm việc động phụ tải không đổi: khởi động động đặt tốc độ làm việc cho động n = 1.800 v/ph thông qua biến trở đặt tốc độ từ xa điều tốc điện tử Vị trí ban đầu giá trị H = 38% Kết thu đƣợc hình máy tính nhƣ hình (7.12) bên dƣới Hình 7.12: Quá trình độ động phụ tải không đổi Từ đồ thị ta thấy rằng, phụ tải động không đổi, nhiên liệu giá trị H = 38% vòng quay động 1.800 v/p đƣợc giữ không đổi suốt thời gian khảo sát 60 giây Tuy nhiên, trình này, thiết bị giao diện đƣợc chế tạo thủ công, nên xuất xung nhiễu nhỏ đƣờng độ vòng quay Kết khảo sát trƣờng hợp hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nghiên cứu động cơ, phụ tải tác động lên động giá trị không đổi vòng quay động có giá trị xác định  Chế độ làm việc động tăng tải: hệ thống lúc làm việc trạng thái cân tĩnh ứng với vòng quay động n = 1.800 v/ph, giá trị ban đầu H = 38% Sau đó, tiến hành đóng tải cho động cách quay tay điều khiển chiều kim đồng hồ tạo tải, từ không đến mức tải lớn tạo tải 32 HP Hình 7.13: Quá trình độ động tăng tải - Từ đồ thị ta thấy, giây thứ 12, tác động đóng tải đột ngột cho động cơ, vòng quay động tức thời giảm nhanh vòng khoảng từ – giây xuống 1.500 vòng/phút, sau dƣới tác động điều tốc, vòng quay động đƣợc phục hồi gần với giá trị vòng quay ban đầu 1.800 v/ph, sau vài lần tăng giảm vòng quay động xác lập lại giá trị vòng quay ban đầu n = 1.800 v/ph - Đối với nhiên liệu, sau tốc độ động giảm đột ngột, thực điều tốc tức thời đẩy nhanh theo chiều tăng lƣợng cấp nhiên liệu vào cho động sau vài lần dịch chuyển nhẹ, xác lập vị trí cấp nhiên liệu giá trị H = 37% - Qui luật thay đổi vòng quay theo kết khảo sát trình độ động tăng tải hoàn toàn đồng với kết nghiên cứu lý thuyết  Chế độ làm việc động giảm tải: từ trạng thái cân ban đầu ứng với vòng quay n = 1.800 v/ph; tải động N = 32 HP giá trị nhiên liệu H = 37%, tác động giảm tải từ vị trí tạo tải lớn N = 32 HP HP cách quay tay điều khiển tạo tải theo chiều ngƣợc kim đồng hồ Hình 7.14: Quá trình độ động giảm tải Tƣơng tự nhƣ khảo sát cho trình đóng tải, trƣờng hợp giảm tải ta chọn thời điểm t = 12 giây để ngắt tải khỏi động Phản ứng trình đƣợc biểu diễn nhƣ hình (7.12) Theo kết thu đƣợc, ta thấy rằng: - Ngay sau khí ngắt tải, vòng quay động tăng lên nhanh có giá trị lớn đọc đƣợc thên thiết bị đo vòng quay 2.157 v/ph Sau đó, dƣới tác động điều tốc làm cho vòng quay động giảm dần gần với giá trị vòng quay ban đầu n = 1.800 v/ph Sau vài lần dao động khoảng thời gian – giây, giá trị vòng quay xác lập lại giá trị ban đầu n = 1.800 v/ph - Cũng sau vòng quay động tăng lên ta thấy động đƣợc kéo giá trị cấp nhiên liệu thấp H = 23% sau dần tăng lên sau vài lần dao động xác lập giá trị cấp nhiên liệu H = 28% - Kết khảo sát thực nghiệm trƣờng hợp hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nghiên cứu Theo kết khảo sát từ thực nghiệm cho trƣờng hợp nghiên cứu trên, ta rút kết luận sau: - Kết khảo sát thực nghiệm trình độ động Diesel hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết - Đồ thị thực nghiệm biểu diễn trực quan trình độ động Trên đồ thị, ta dễ dàng ghi nhận đƣợc thông số đánh giá trình độ nhƣ thời gian độ, mức độ dao động, mức độ thay đổi vòng quay bơm cao áp ứng với lƣợng thay đổi phụ tải - Tác động nhiễu loạn từ bên phép đo hạn chế chƣơng trình khảo sát thực nghiệm Tuy nhiên, sử dụng giao diện đƣợc thiết kế chuyên nghiệp chƣơng trình khảo sát trình độ động hoàn hảo CHƢƠNG -KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua thực tế thực đề tài nhóm nghiên cứu rút kết luận sau: Hƣớng nghiên cứu đề tài hoàn toàn phù hợp với xu phát triển khoa học công nghệ “Ứng dụng khoa học điều khiển máy tính vào lĩnh vực kỹ thuật” Nội dung đề tài kết hợp ba lĩnh vực nghiên cứu khác là: tự động điều khiển, lý thuyết động Diesel công nghệ thông tin Kết mô trình độ động Diesel Simulink/Matlab kiểm chứng thực nghiệm cho kết hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết Đề tài đƣợc thực tạo sản phẩm cụ thể phục vụ công tác nghiên cứu giảng dạy nhà trƣờng Do điều kiện ngân sách đầu tƣ cho đề tài có giới hạn, việc lựa chọn thiết bị sử dụng làm giao diện với máy tính thiết bị tự chế, khả chống nhiễu loạn thấp, độ phân giải thời gian lấy mẫu thiết bị không cao dẫn đến đồ thị biểu diễn trình có chất lƣợng không cao Hƣớng nghiên cứu đề tài đƣợc ứng dụng để mô cho thông số điều khiển trình công nghệ khác kỹ thuật Trên sở kết luận trên, đề xuất kiến nghị sau: Có thể nhân rộng hƣớng nghiên cứu đề tài để tạo sản phẩm thí nghiệm cụ thể nhằm mục đích phục vụ làm mô hình giảng dạy Để hoàn thiện mô hình nâng cao chất lƣợng đƣờng đồ thị biểu diễn trình độ động cần thiết kế mua giao diện động máy tính có chất lƣợng cao Thiết bị tạo tải động sẵn có chƣa phù hợp chƣa thực đƣợc đóng ngắt tải đột ngột thao tác TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt: [1] Bùi Hồng Dƣơng Các giảng điều khiển tự động Trƣờng đại Giao thông vận tải Tp.HCM [2] Lê Viết Lƣợng (2000) Lý thuyết động Diesel NXB Giáo dục, Hà Nội [3] Lê Viết Lƣợng (1997) Các chế độ độ động đốt Trƣờng đại học Hàng Hải, Hải phòng [4] Lê Viết Lƣợng, Phan Văn Quân, Vũ Ngọc Khiêm, (2004) Mô trình độ động Diesel Tạp chí Giao thông vận tải, 3, 48 - 50 [5] Lê Viết Lƣợng (2004), Phan Văn Quân Kết qủa mô hoạt động điều tốc trình khai thác động Diesel Tạp chí Giao thông vận tải, 4, 36 - 38 [6] Phạm Công Ngô (1996) Lý thuyết điều khiển tự động Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Lê Xuân Ôn (2002) Tự động hóa hệ động lực Diesel tàu thủy Trƣờng Đại Học Hàng Hải, Hải Phòng [8] Phan Văn Quân (2010) Điều tốc động NXB Giao thông vận tải, TP Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Tất Tiến (2000) Nguyên lý động đốt Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [10] Đặng Văn Uy, Phan Thanh Hải (1995) Cơ sở lý thuyết tự động điều chỉnh điều khiển Trƣờng đại học Hàng Hải, Hải Phòng [11] Đăng Văn Uy (1997) Hệ thống tự động hệ động lực tàu thủy Trƣờng đại học Hàng Hải, Hải Phòng Tiếng Anh [12] Charles L Phillips, Royce D Harbor (1996) Feedback Control systems Printice – Hall, Inc a Simon & Schuster Company Englewood Cliffs, New Jersy 07632, USA [13] John Van deVegte (1990) Feedback control systems Prentice Hall, USA [14] Katsuhiko Ogata (Fourth edition) Modern control engineering Prentice Hall, USA [15] Vikram Gokhale, N Nanda (2002) Automation and control system for marine engineers Bhandarkar publications [16] Benjamin C.Kuo (1991) Automation control systems Prentice Hall, USA [17] Woodwards Company (2004) Governing Fundamental USA [18] Các tài liệu hƣớng dẫn sử dụng điều tốc Woodwards trang web http://www.woodward.com, [19] Các tài liệu hƣớng dẫn sử dụng điều tốc GAC ... công việc đội tàu biển, tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu lắp đặt điều tốc điện tử cho động Diesel tàu thủy Mô khảo sát thực nghiệm trình độ động thay đổi phụ tải” Đề tài nghiên cứu đời nhằm... trang bị đại hóa, có điều tốc điện tử dùng để trì ổn định tốc độ động Bộ điều tốc điện từ dần thay cho điều tốc - thủy lực tính xác hoạt động điều khiển trì tính ổn định động cơ, góp phần vào việc... hợp để nghiên cứu lý thuyết trình độ động Diesel tàu thủy, lý thuyết tự động điều khiển điều chỉnh, nguyên lý làm việc điều tốc điện tử Dùng phƣơng pháp nghiên cứu thử nghiệm tiến hành lắp đặt hoàn