Lựa chọn các thông số kiểm tra an toàn kỹ thuật máy chính tàu cá

Máy chính tàu cá hầu hết là động cơ diesel 4 kỳ, trung-cao tốc. Bài báo này trình bày các thông số kiểm tra, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ diesel; Từ đó phân tích chọn các thông số phù hợp để kiểm tra an toàn kỹ thuật phục vụ đăng kiểm máy chính tàu cá Việt Nam.

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2020 VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KIỂM TRA AN TỒN KỸ THUẬT MÁY CHÍNH TÀU CÁ CHOOSING THE TECHNICAL SAFETY INSPECTION PARAMETERS FOR THE MAIN ENGINE OF FISHING VESSELS Phùng Minh Lộc¹, Phạm Trọng Hợp¹ ¹ Khoa Kỹ thuật giao thông Tác giả liên hệ: Phùng Minh Lộc (Email: locpm@ntu.edu.vn) Ngày nhận bài: 07/12/2019; Ngày phản biện thơng qua: 10/03/2020; Ngày duyệt đăng: 24/03/2020 TĨM TẮT Máy tàu cá hầu hết động diesel kỳ, trung-cao tốc Bài báo trình bày thơng số kiểm tra, chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel; Từ phân tích chọn thơng số phù hợp để kiểm tra an toàn kỹ thuật phục vụ đăng kiểm máy tàu cá Việt Nam Từ khóa: Máy tàu cá, chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel, thông số kiểm tra an toàn kỹ thuật ABSTRACT The main engine of the fishing vessel is mostly a 4-stroke, medium and highspeed diesel engine This paper presented the inspection and diagnosis parameters of the technical status of diesel engine; The paper then analyzed and selected, the appropriate parameters to inspect technical safety in order to register the main engine of fishing vessel in Viet Nam Keywords: Main engine of a fishing vessel, diagnosis of the diesel engine technical status, the technical safety inspection parameters I MỞ ĐẦU Theo số liệu Cục Khai thác Bảo vệ Nguồn lợi Thủy sản (Tổng cục Thủy sản, Bộ NN&PTNT), tính đến năm 2018, nước có 96.000 tàu cá, số tàu việc tham gia phát triển kinh tế biển góp phần quan trọng bảo vệ an ninh chủ quyền biển, đảo quốc gia An tồn kỹ thuật máy tàu thủy nói chung tàu cá nói riêng có ý nghĩa sống tàu Việc đảm bảo an toàn cho người tàu cá hoạt động sản xuất biển mối quan tâm người dân trăn trở ngành, cấp nói chung hệ thống đăng kiểm tàu cá nói riêng Đăng kiểm quan nhà nước có chức kiểm tra, giám sát, xác nhận việc tuân thủ tiêu chuẩn bảo đảm an toàn vận hành phương tiện giới đường đường thủy, an tồn người hàng hóa phương tiện Đăng kiểm tàu cá thực việc quản lý kỹ thuật, kiểm tra an toàn kỹ thuật từ thiết kế, đóng đến q trình khai thác, nhằm đảm bảo an toàn cho người tàu cá điều kiện định Tàu cá chiều dài từ 12 mét, lắp máy có tổng cơng suất máy từ 20 CV trở lên thuộc diện phải đăng kiểm Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực lượng, đầu tư sở vật chất phục vụ công tác đăng kiểm tàu cá nói chung máy nói riêng hệ thống quan đăng kiểm tàu cá chưa quan tâm thỏa đáng Công tác kiểm tra an tồn kỹ thuật máy gần khơng có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật, diễn biến an toàn kỹ thuật tuổi thọ máy Về quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an tồn kỹ thuật máy (chủ yếu dựa vào quy TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 65 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản chuẩn tàu giao thơng) Vì điều này, báo phân tích lựa chọn số thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật nhằm làm sở để thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị đề xuất tiêu chuẩn phục vụ đăng kiểm máy tàu cá nước ta II NỘI DUNG Giới thiệu thông số kiểm tra, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động diesel Việc kiểm tra trạng thái an toàn kỹ thuật máy thơng qua: (1) Tháo động kiểm tra đo đạc trực tiếp, so trị số đo với tiêu chuẩn; (2) Kiểm tra gián tiếp, không cần tháo động (còn gọi chẩn đốn trạng thái kỹ thuật) Chẩn đốn cơng tác nhằm xác định trạng thái kỹ thuật thời điểm (offline) động để dự báo tuổi thọ làm việc tiếp tục khơng mà khơng cần phải tháo Phương pháp chẩn đốn thơng qua thử nghiệm, thăm dò, phân tích tượng, biểu thu thập để đánh giá, xác định trạng thái kỹ thuật động [9] Trạng thái kỹ thuật động hiểu tình trạng kỹ thuật chi tiết, cụm chi tiết hệ thống động Chúng thể thông qua tập hợp thông số trạng thái (gồm thông số cấu trúc, thông số làm việc - thể đặc tính làm việc) phận hệ thống động Đánh giá trạng thái kỹ thuật tức Số 1/2020 đánh giá tình trạng kỹ thuật hệ thống, cụm chi tiết chi tiết động Trạng thái kỹ thuật động thay đổi thường xuyên theo hướng xấu q trình sử dụng mòn, mỏi, lão hóa chi tiết, cụm chi tiết hệ thống Nếu động tình trạng kỹ thuật đến mức thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật khơng đạt tiêu chuẩn khơng cho phép tiếp tục làm việc Nếu có chi tiết hay cụm chi tiết, hệ thống hoạt động khơng bình thường, bị hư hỏng khơng thể làm việc động trạng thái cố, hỏng hóc cần bảo dưỡng, khắc phục, sửa chữa Xác định trạng thái kỹ thuật hữu động có ý nghĩa quan trọng việc bảo đảm thông số kỹ thuật tốt, đảm bảo an toàn kinh tế vận hành kéo dài tuổi thọ cho động Đối với máy chính, chẩn đốn kỹ thuật cho khả đánh giá tình trạng tức thời động nhằm đưa định hợp lý cần thiết biện pháp bảo trì xác định nguyên nhân hư hỏng nhờ quan hệ thơng số khác mơ hình chẩn đốn phù hợp (Hình 1) Như vậy, biện pháp hữu hiệu nhằm tăng tuổi thọ, độ tin cậy, … Giảm chi phí đại tu bảo dưỡng, sửa chữa, cảnh báo sớm an tồn kỹ thuật Với cơng tác đăng kiểm, biện pháp rút ngắn thời gian giảm chi phí đăng kiểm mà đảm bảo cho an toàn tàu trước cấp giấy phép biển Hình Sơ đồ chẩn đoán trang thái kỹ thuật [1] 66 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Trong q trình chẩn đốn, cần có thơng số biểu kết cấu để xác định trạng thái kết cấu bên trong, vậy, thơng số chẩn đốn thơng số biểu kết cấu chọn q trình chẩn đốn, khơng phải tồn thơng số biểu kết cấu coi thơng số chẩn đốn Các thơng số biểu kết cấu như: Số vòng quay, mơ men, công suất, áp suất nén, áp suất cháy, áp suất te, độ khói khí thải, mức tiêu hao nhiên liệu thơng số lựa chọn làm thơng số chẩn đốn để đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ, thỏa mãn yêu cầu trình bày sau [1], [9]: - Đảm bảo tính hiệu quả: Cho phép dựa vào thơng số để chẩn đốn tình trạng kỹ thuật đối tượng phần đối tượng chẩn đoán; - Đảm bảo tính đơn trị: Mối quan hệ thơng số kết cấu thơng số chẩn đốn hàm đơn trị khoảng đo, nghĩa khoảng xác định ứng với trị số thơng số kết cấu có trị số thơng số chẩn đốn hay ngược lại; - Đảm bảo tính nhạy: Tính nhạy thơng tin quan hệ thơng số kết cấu thơng số chẩn đốn đảm bảo khả phân biệt biến đổi tương ứng thơng số chẩn đốn theo biến đổi thơng số kết cấu; - Đảm bảo tính ổn định: Tính ổn định đánh giá phân bố giá trị thơng số chẩn đốn đo nhiều lần, nhiều đối tượng đồng dạng, biến động giá trị biểu quy luật thông số biểu kết cấu thông số kết cấu phải có độ lệch quân phương nhỏ; - Đảm bảo tính thơng tin: Các thơng số chẩn đốn cần phải thể rõ tượng trạng thái kỹ thuật, thông tin phải phản ánh rõ nét mật độ phân bố trạng thái kỹ thuật tách biệt; - Đảm bảo tính cơng nghệ: Các thơng số chẩn đốn cần chọn cho thuận lợi cho việc đo, khả thiết bị đo, qui trình đo đơn giản, giá thành đo nhỏ Đây yếu tố thay đổi tùy thuộc vào tiến khoa học kỹ thuật đo lường Số 1/2020 Dưới giới thiệu số phương pháp nhận biết hư hỏng dựa theo thông số chẩn đoán sử dụng cho động diesel (cả nước nước ngoài) (1) Phân tích áp suất cháy, áp suất phun xi lanh Áp suất cháy đo trực tiếp cảm biến áp điện có độ nhạy cao xác định gián tiếp qua lực tác động lên bu lông nắp xy lanh Áp suất phun xác định cảm biến áp điện đặt vòi phun xác định gián tiếp thông qua xung áp suất tác động lên thành ống cao áp Phân tích phối hợp trình áp suất cháy áp suất phun xi lanh nhận biết trạng thái kỹ thuật động qua việc đánh giá trình cháy q trình phun [1], [2] (2) Phân tích nhiệt độ Nhiệt độ thông số quan trọng để đánh giá trạng thái hoạt động động cơ, đặc biệt trình biến đổi lượng Trạng thái hoạt động động giám sát cách đơn giản đồng hồ nhiệt độ dầu, nhiệt độ nước làm mát ca bin Để nhận biết trạng thái kỹ thuật động cách sử dụng phương pháp phân tích nhiệt độ khí thải, thơng số chẩn đốn chọn là: Nhiệt độ trung bình khí thải khỏi xi lanh; Tích phân nhiệt độ trung bình chu trình nhiệt động; Giá trị cực đại nhiệt độ khí thải [1], [4] Để thực phương pháp phân tích nhiệt độ khí thải, cần có cảm biến nhiệt độ phù hợp, có độ bền nhiệt độ nhạy cao Việc phân tích nhiệt độ để đánh giá q trình tạo thành hỗn hợp q trình cháy thực cách đo trực tiếp nhiệt độ khí thải đường thải động thiết kế phần tử cảm biến giám sát hoạt động lâu dài động (3) Phân tích thành phần khí thải độ khói khí thải Đối với động diesel, việc đánh giá mắt màu sắc độ đậm đặc khí thải sử dụng thiết bị đo khói theo độ đen kiểu giấy lọc độ mờ hay độ đục thiết bị quang học Các thiết bị sử TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 67 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản dụng kiểm định động diesel theo tiêu chuẩn phát thải PM [1], [2] (4) Phân tích lưu lượng khí lọt xuống carte áp suất carte Tăng lưu lượng khí lọt xuống carte áp suất khí carte dấu hiệu tăng khe hở nhóm piston - xéc măng - xi lanh Hư hỏng cục xi lanh nhận biết qua xung áp suất xác định cảm biến áp suất lắp cổ đổ dầu Đặc tính xung áp suất theo góc quay trục khuỷu có dạng hàm sin, biên độ áp suất tăng theo độ tăng khe hở nhóm piston-xi lanh [8], [9] (5) Phân tích cơng suất động Cơng suất thông số chất lượng thường sử dụng để đánh giá tổng hợp trạng thái kỹ thuật động đốt Sự thay đổi trạng thái kỹ thuật hư hỏng sai lệch hoạt động ngun nhân thay đổi cơng suất động Phương pháp đánh giá công suất tăng tốc tự phương pháp phân tích q trình chuyển tiếp, nhiên với trình độ kỹ thuật đo xử lý tín hiệu thời điểm ứng dụng, người ta tập trung thiết lập hệ thống đo để xác định công suất cực đại trình tăng tốc tự động diesel [7] Đường đặc tính cơng suất đặc tính mơ men tăng tốc tự sử dụng để đánh giá trạng thái kỹ thuật nhóm piston - xéc măng - xi lanh, hệ thống cung cấp nhiên liệu hệ thống trao đổi khí Dấu hiệu nhận dạng trạng thái kỹ thuật động phát phân tích tốc độ quay không tải cực đại, công suất cực đại, mô men cực đại với tốc độ quay tương ứng [3] (6) Phân tích lan truyền âm Để đo lan truyền âm thanh, cần bố trí hệ thống đo xử lý nhiều kênh Sử dụng cảm biến góc quay trục khuỷu cảm biến chu trình để tạo điều kiện biểu diễn tín hiệu lan truyền âm theo góc quay trục khuỷu thứ tự nổ xi lanh Nhờ phân tích lan truyền âm xác định lặp lại có tính chất chu kỳ động hoạt động, qua phân tích, phát vị trí dạng hư hỏng [10] 68 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 1/2020 (7) Phân tích mức tiêu thụ nhiên liệu dầu bôi trơn Với động có cơng suất cho, chi phí nhiên liệu dầu bơi trơn có quan hệ trực tiếp với trạng thái kỹ thuật động Do đó, tiêu thụ nhiên liệu tiêu thụ dầu bơi trơn sử dụng làm dấu hiệu nhận dạng để đánh giá tổng hợp trạng thái kỹ thuật động Tiêu thụ dầu bôi trơn phụ thuộc nhiều vào tải trọng động nên đánh giá đồng thời theo tỷ lệ với tiêu thụ nhiên liệu Tiêu thụ dầu bôi trơn tiêu thụ nhiên liệu tăng theo mức độ hao mòn cặp lắp ghép piston - xéc măng - xy lanh Sự thay đổi đường cong chi phí nhiên liệu riêng sử dụng để nhận biết trạng thái kẹt vòi phun động diesel [7] (8) Phân tích dầu bơi trơn Tính bất thường trình làm việc trạng thái cấu trúc động đốt biểu thay đổi thành phần tính chất dầu bơi trơn [5] (9) Phân tích dao động Dao động phát sinh động khơng q trình cháy giãn nở mơi chất xi lanh mà va đập chi tiết cấu xupáp, va đập trình làm việc piston - xéc măng - xi lanh cấu biên tay quay, hiệu ứng học khác xuất động làm việc Dựa vào phân tích dao động phát hư hỏng chết xi lanh, tình trạng hao mòn chi tiết nhóm piston - xéc măng - xi lanh; Trục khuỷu - truyền, đồng thời phân biệt hao mòn khác xi lanh khác động [3], [4], [10] Lựa chọn thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật máy tàu cá Hình 1, thống kê tỷ lệ % dạng hao mòn, hư hỏng thường xảy trình khai thác sử dụng động diesel Phần lớn hư hỏng xảy động hệ thống phun nhiên liệu (43%), tiếp đến nắp xy lanh hệ thống trao đổi khí (33%), chiếm 3/4 hư hỏng động (76%) Những hư hỏng có ảnh hưởng trực tiếp đến công suất, hiệu suất, phát thải khí thải, tiếng ồn, rung động đặc biệt an tồn kỹ thuật máy Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2020 Hình Phân bố hư hỏng động diesel [11] Tình hình xác định thơng số kiểm tra, chẩn đoán nêu động diesel máy tàu cá Việt Nam nay: (1) Đo cơng suất (hay mơ men) trực tiếp tàu đòi hỏi thiết bị đắt tiền, quy trình đo phức tạp, thích hợp bệ thử; (2) Đo suất tiêu hao nhiên liệu buộc phải đo cơng suất, vì: Trong đó: ge - suất tiêu hao nhiên liệu có ích, Ge - lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ, Ne - cơng suất có ích động cơ; (3) Giá trị cực đại nhiệt độ khí thải, dễ đo đặc tính nhiệt độ phụ thuộc vào tải, khơng định ngưỡng khơng đo cơng suất (4) Phân tích màu sắc, hàm lượng mạt kim loại dầu bôi trơn tốn thời gian phải gửi mẫu đến Trung tâm đo lường chất lượng; Việc so chuẩn khả thi; (5) Phân tích lan truyền âm khả thi so chuẩn Mục tiêu báo cung cấp sở ban đầu để “Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị đề xuất tiêu chuẩn kiểm tra an toàn kỹ thuật động diesel dùng làm máy tàu cá Việt Nam”, vậy, phải đáp ứng tiêu chí sau: - Thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật phải đủ tính phổ quát; - Thiết bị gọn, nhẹ, dễ sử dụng để động đăng kiểm trực tiếp tàu (khác hẳn đăng kiểm phương tiện giới đường bộ, đặt cố định); - Giá thành phù hợp với nghề cá nhân dân Với ý tưởng phổ hao mòn, hư hỏng động diesel mơ tả Hình 1, thơng số để kiểm tra an toàn kỹ thuật nêu, tác giả đề xuất chọn thơng số áp dụng cho máy tàu cá: (1) Áp suất phun nhiên liệu (pịnj) Hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) máy tàu cá gồm: Bơm cao áp (BCA), đường ống cao áp vòi phun (VP) Nhiên liệu tăng áp đủ lớn BCA, qua ống cao áp dẫn tới VP để phun vào buồng cháy (BC) Áp suất nhiên liệu định chất lượng phun đó, định chất lượng trình đốt cháy nhiên liệu giá trị thơng số công tác động Sự cố HTPNL làm xi lanh máy ngừng hoạt động (2) Áp suất cuối trình nén (pc) Áp suất cuối kỳ nén pc thông số phản ánh mức độ kín khít nhóm chi tiết bao kín buồng cháy: Piston - xéc măng - xylanh, xupáp, đế xupáp gioăng nắp xy lanh động Ở trạng thái mòn giới hạn hư hỏng, động yếu khơng thể khởi động, dẫn đến máy hoạt động tê liệt (3) Dao động bệ đỡ trục khuỷu Dao động phản ứng hệ thống với số lực, mơ men kích động bên tác động từ bên Hoạt động động diesel nhiều xi-lanh ảnh hưởng bất lợi đến tuổi thọ phận máy toàn hệ động lực Trục khuỷu phận động chịu ảnh hưởng dao động cưỡng bức; Lực mơ men qn tính thay đổi mơi TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 69 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản chất định kỳ xảy piston động tạo dao động ngang, dao động dọc trục, dao động xoắn Ngoài ra, dao động thân vỏ tàu nguồn dẫn đến hư hỏng trục Nếu trục khuỷu hư hỏng khơng thể khắc phục biển Ngưỡng dao dộng quy định cụ thể quan đăng kiểm có uy tín Số 1/2020 giới [10] Đăng kiểm tàu cá có chức kiểm tra an tồn kỹ thuật trước cấp phép cho tàu khai thác Việc lựa chọn thông số phù hợp tạo tiền để để nghiên cứu thiết kế, chế tạo Hệ thống thiết bị đề xuất Tiêu chuẩn kiểm tra an toàn kỹ thuật cho máy tàu cá Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đào Chí Cường (2006), Xây dựng hệ thống chẩn đoán dã ngoại cho động diesel phương tiện giao thông vận tải máy chuyên dùng, đề tài NCKH cấp bộ, mã số B2006-21-02 Lại Văn Định, Phạm Đức Minh (2002), Chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động theo điều kiện dã ngoại, tuyển tập Hội nghị khoa học VSAE - ICAT Đỗ Đức Lưu (2009), Động lực học chẩn đoán động diesel tàu thủy dao động, NXB Giao thông vận tải Phùng Minh Lộc, Huỳnh Lê Hồng Thái, Hồ Đức Tuấn (2018) Lựa chọn thông số cảnh báo cố hệ động lực tàu cá xa bờ Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản, Đại học Nha Trang, số 2/2018 Nguyễn Tuấn Minh (2008), Chẩn đoán kỹ thuật động diesel sở phân tích tính chất lý hóa dầu bôi trơn hạt mài chứa dầu, Luận án tiến sĩ kỹ thuật - ĐHBK Hà Nội Nguyễn Khắc Trai (2004), Kỹ thuật chẩn đốn Ơtơ, NXB Giao thông vận tải Bùi Hải Triều, Hàn Trung Dũng (2006), Xây dựng đặc tính cơng suất động Diesel phương pháp gia tốc, Hội nghị khoa học lần thứ 20, Phân ban Động đốt trong, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Văn Tuấn (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống trao đổi khí đến tiêu kỹ thuật động Diesel tàu thủy khai thác Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành, Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật tơ, Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng, năm 2004 Tiếng Anh 10 Det Norske Veritas, Vibration class: Part chapter 15 2004, Norway 2011 11 K Mollenhauer, H Tschoeke, Handbook of Diesel Engines, DOI 10.1007/978-3-540-89083-6, SpringerVerlag Berlin Heidelberg 2010 70 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ... DUNG Giới thiệu thông số kiểm tra, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động diesel Việc kiểm tra trạng thái an toàn kỹ thuật máy thơng qua: (1) Tháo động kiểm tra đo đạc trực tiếp, so trị số đo với tiêu... dộng quy định cụ thể quan đăng kiểm có uy tín Số 1/2020 giới [10] Đăng kiểm tàu cá có chức kiểm tra an tồn kỹ thuật trước cấp phép cho tàu khai thác Việc lựa chọn thông số phù hợp tạo tiền để... thống thiết bị đề xuất tiêu chuẩn kiểm tra an toàn kỹ thuật động diesel dùng làm máy tàu cá Việt Nam”, vậy, phải đáp ứng tiêu chí sau: - Thơng số kiểm tra an tồn kỹ thuật phải đủ tính phổ quát; -