Phân tích thống kê và xác định sơ bộ công suất các động cơ của tàu AHTS dựa trên dữ liệu đăng ký tàu

Bài viết trình bày phương pháp phân tích thống kê và xác định sơ bộ công suất của động cơ chính, công suất của các động cơ lai máy phát điện trên tàu AHTS (Anchor Handling Tug Supply).

TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÔNG SUẤT CÁC ĐỘNG CƠ CỦA TÀU AHTS DỰA TRÊN DỮ LIỆU ĐĂNG KÝ TÀU STATISTICAL ANALYSIS AND PRELIMINARY DETERMINATION OF ENGINE POWER FOR AHTS VESSELS BASED ON VESSEL REGISTRATION DATA NGUYỄN ANH VIỆT Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: vietna.mtb@vimaru.edu.vn Tóm tắt Đặt vấn đề Bài báo trình bày phương pháp phân tích thống kê xác định sơ cơng suất động chính, cơng suất động lai máy phát điện tàu AHTS (Anchor Handling Tug Supply) Trước tiên, phần đặt vấn đề, tác giả giới thiệu tổng quan tàu AHTS mục tiêu nghiên cứu Tiếp theo, để phục vụ cho việc phân tích, tác giả đưa nguồn tham chiếu thống kê liệu Trên sở phân tích liệu thống kê, tác giả đưa cơng thức hồi quy tuyến tính mơ tả mối quan hệ cơng suất động động lai máy phát điện với tham số mô-đun kích thước lực kéo tàu AHTS Các cơng thức với độ tin cậy tương đối tốt, tham khảo để xác định sơ công suất động cơng suất động lai máy phát điện thiết kế sơ tàu AHTS Từ khóa: Tàu AHTS, động chính, động lai máy phát điện Tàu AHTS (Anchor Handling Tug Supply Vessel), sau gọi tắt AHTS, loại tàu cơng trình đặc biệt, phát triển thiết kế từ nhóm tàu kéo kết hợp với nhóm tàu phục vụ cơng trình ngồi khơi OSVs (Offshore Support Vessels) AHTS thiết kế chế tạo với chức chuyên dụng, hoạt động khơi, chủ yếu cung cấp dịch vụ chung cho giàn khoan dầu Tuy nhiên, với tính linh hoạt, AHTS cịn cung cấp dịch vụ hỗ trợ cho phương tiện cơng trình khác biển Nhiệm vụ AHTS kéo giàn khoan định vị chân đế, xử lý neo dây neo giàn khoan với độ xác cao Phần lớn AHTS trang bị hệ thống định vị động DP (Dynamic Positioning) giúp tiếp cận xác đối tượng trì trạng thái lâu dài vị trí AHTS có hệ thống thiết bị nâng hạ tời kéo nhằm đưa khối neo xuống đáy biển giữ cho giàn khoan ổn định AHTS sử dụng công cụ hiệu để ngăn ngừa giàn khoan dầu bị lật, loại rủi ro xảy khơi cứu hộ, cứu nạn cho phương tiện, cơng trình khác biển AHTS hỗ trợ xử lý khả neo, kéo tác động xung lực kéo cho tàu gặp nạn bị mắc kẹt Ngồi nhiệm vụ chính, nhiều AHTS trang bị thêm sàn đặc biệt, cần cẩu hạng nặng để xử lý cơng trình có khối lượng lớn, sàn chở hàng phẳng, sân đáp trực thăng, tổ bơm chữa cháy với sản lượng lớn, rô-bốt lặn, khoang thùng chở hàng, để làm nhiệm vụ bổ sung khác Các nhiệm vụ là: vận chuyển cấu kiện hàng nặng; vận chuyển thiết bị chuyên dụng cho giàn khoan; vận chuyển cung cấp vật liệu rắn (xi-măng, bùn đặc biệt, ), chất lỏng, chất khí, hóa chất (nhiên liệu, nước ngọt, bùn lỏng, dầu gốc, nước muối cô đặc, dung dịch khoan gốc dầu, cồn công nghiệp, ); thu Abstract The paper illustrates the statistical analysis and primary determination method for the output power of main and generator engines on the Anchor Handling Tug Supply vessel (AHTS) Firstly, the overview of AHTS, research methodology, statistical data sources including output power and specification parameters of AHTS are presented Secondly, based on the result of statistical data analysed, a consistent and the reliable linear regression model are established, which show a good correlation between the output power of engines and the dimensional module parameters along with the bollard pull In a result, the linear regression model can be referred to preliminarily determine the output power of main and generator engines during the design process Keywords: AHTS vessels, main engine, generator engine 52 SỐ 63 (8-2020) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY đăng ký thức với quan đăng kiểm có uy tín giới, là: ABS (American Bureau of Shipping), BV (Bureau Veritas), DNV-GL (Det Norske Veritas), CCS (China Classification Society), LRS (Lloyd's Register of Shipping), IRS (Indian Register of Shipping), RS (Russian Maritime Register of Shipping), VR (Vietnam Register), RINA (Registro Italiano Navale) quan đăng kiểm khác Với 1785 AHTS chọn tham chiếu, số lượng tỷ lệ tàu tham chiếu có nguồn gốc quản lý từ quan đăng kiểm biểu thị Hình 1[6] Thời gian đóng 1785 AHTS chọn tham chiếu (phân theo giai đoạn) biểu thị số lượng tỷ lệ Hình Với số Number of AHTS hồi nước thải, dầu thải, dầu tràn cho giàn khoan; chữa cháy, Có thể nói rằng, AHTS kết hợp nhiều chức thân tàu AHTS sáng tạo giới công nghệ biển, không giúp phát triển cơng nghệ khai thác biển mà cịn giúp ngăn ngừa rủi ro lớn biển AHTS tàu đa tiện ích, phạm vi sử dụng rộng Cùng với đó, hoạt động khai thác dầu khí, tài nguyên lượng đại dương không ngừng gia tăng, nhu cầu tiếp cận với AHTS lớn Thông thường, AHTS trang bị động có cơng suất lớn, điều cho phép tạo lực kéo cao (có thể đến hàng trăm lực kéo) Việc xử lý neo tạo lực kéo neo cần thiết AHTS, đòi hỏi nhu cầu nguồn lượng lớn Có thể nói, việc ước tính nhu cầu lượng bước quan trọng cần thiết thiết kế sơ AHTS Tuy nhiên AHTS, việc ước tính nhu cầu lượng khơng thể áp dụng công thức dùng cho tàu chở hàng thơng thường, mà phải có cơng thức riêng Mục tiêu nghiên cứu phân tích thống kê cơng suất động cơng suất động lai máy phát điện lắp đặt AHTS Từ đó, xây dựng cơng thức mơ tả quan hệ cơng suất động động lai máy phát điện với mô-đun khối (LBd) lực kéo BP tàu Đây xem công thức riêng cho AHTS, dùng để tham khảo lựa chọn sơ công suất động chính, cơng suất động lai máy phát điện 800 700 600 500 400 300 200 100 770 301 277 154 84 52 44 40 32 31 Hình Số lượng tỷ lệ tàu tham chiếu từ quan đăng kiểm 211, 11.8% 177, 9.9% 150, 8.4% TRƯỚC 2000 Từ 2000 đến 2005 663, 37.1% Từ 2005 đến 2010 584, 32.7% Từ 2010 đến 2015 Nguồn tham chiếu liệu Từ 2015 đến 2020 2.1 Nguồn tham chiếu Để đảm bảo tính xác thực liệu, nghiên cứu tập trung vào đối tượng AHTS Hình Phân bố tàu theo thời gian đóng Bảng Giới hạn thông số 1785 AHTS chọn tham chiếu Chiều Giới dài tàu hạn lớn LOA (m) Chiều Chiều dài tàu rộng tàu L (m) B (m) Chiều Trọng Lực kéo chìm tải tàu lớn tàu DWT BP d (m) (tons) (tons) Tốc độ tàu lớn Vmax (kn) Tổng cơng suất động Pm (kW) Tổng công suất hệ thống lượng P (kW) Min 34,00 30,00 10,60 3,15 325 38 12 1470 1820 Max 110,00 96,30 27,00 9,30 6300 403 20 28302 43940 SỐ 63 (8-2020) 53 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Các thơng số 1785 AHTS chọn tham chiếu có giới hạn nhỏ lớn liệt kê Bảng (số liệu lấy từ nguồn tham khảo [6]) Cơng suất động hệ thống lượng Lực kéo BP (Bollard Pull) sức chở hàng DWT thơng số đặc trưng cho AHTS Tuy nhiên, AHTS thiết kế để chuyên chở hàng hóa thương mại, nên sức chở DWT thường khơng tương ứng với kích thước tàu Bởi vậy, thay tham chiếu theo DWT, việc tham chiếu theo mơ-đun khối (LBd) (mơ-đun kích thước tàu) phù hợp hơn; tích số chiều dài tàu, chiều rộng tàu chiều chìm tàu [1] Trong thiết kế tàu, người ta công suất hệ thống lượng hệ thống đẩy định đến khả kéo độ lớn thân tàu [1] Phân tích số liệu AHTS thực theo mơ hình hồi quy tuyến tính, phương pháp bình phương tối thiểu Kết phân tích, mối quan hệ tổng cơng suất động Pm,tổng cơng suất hệ thống lượng P với mô-đun khối (LBd), lực kéo BP thể Hình Hình Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau:  Pm  1,267  L  B  d   491,9 kW, R  0,828  P  1,976  ( L  B  d )  1245,7 kW , R2  0,812  Pm  62,936  BP  315,0 kW, R2  0,944 P  97,218  BP  866,9 kW ,  R2  0,909  (1)  (2)  (3) (4) Các đại lượng công thức từ (1) đến (4), hiểu sau: P [kW] - tổng công suất hệ thống lượng (không bao gồm máy phát cố); Pm [kW] - tổng cơng suất động chính; L [m], B [m], d [m] - chiều dài, chiều rộng, chiều chìm AHTS; BP [tons] - lực kéo AHTS Power (kW) 2.2 Dữ liệu Trong công thức từ (1) đến (4), hệ số xác định hồi quy R2 đạt giá trị tốt, điều cho thấy mơ hình kết thu thể rõ xu hướng, đáng tin cậy, đạt độ xác cần thiết tham chiếu cho thiết kế sơ bộ, đặc biệt quan hệ Pm = f(BP), P = f(BP) 50000 40000 30000 20000 10000 0 5000 10000 15000 20000 25000 LBd (m 3) Pm_LBd P_LBd Linear (Pm_LBd) Linear (P_LBd) Hình Hồi quy tuyến tính Pm = f(LBd) P = f(LBd) Power (kW) lượng tàu phân bố vậy, đảm bảo tính tin cậy phân tích số liệu thể xu hướng phù hợp mối quan hệ [6] 54 ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 50000 40000 30000 20000 10000 0 100 200 300 400 500 BP (tons) Pm_BP P_BP Linear (Pm_BP) Linear (P_BP) Hình Hồi quy tuyến tính Pm = f(BP) P = f(BP) Công suất động lai máy phát điện Do AHTS phải trang bị tời xử lý neo có công suất lớn, nên nhu cầu công suất điện cho tàu cao Theo thống kê, AHTS thường lắp đặt từ đến tổ máy phát điện độc lập, phổ biến tổ (chiếm 79,7%) Cùng với đó, việc sử dụng hệ thống định vị động DP cho phép động dẫn động cấu PTO (Power Take Off - trích cơng suất), để lai máy phát điện đồng trục Trong số 1785 AHTS tham chiếu, có 1286 tàu (chiếm 72%) lắp đặt tổ máy phát điện đồng trục; số lượng tổ máy phát điện đồng trục lắp đặt phổ biến tổ (chiếm 97,8%) Trong nghiên cứu này, tác giả đưa kết hệ thống cung cấp lượng điện có cấu PTO Số liệu cơng suất động lai máy phát điện phân tích theo mơ hình hồi quy tuyến tính, SỐ 63 (8-2020) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ Power (kW) phương pháp bình phương tối thiểu Như trình bày, cơng suất điện cung cấp từ nhiều nguồn động lai khác nhau, công suất máy phát điện độc lập Pa thường nhỏ nhiều so với công suất máy phát điện đồng trục Po, nên phân tích xem xét yếu tố: tổng cơng suất máy phát điện đồng trục Po tổng công suất tất máy phát điện Pt (trong Pt = Pa + Po) Các cơng suất kể không bao gồm công suất tổ máy phát điện cố Kết phân tích thể Hình 5, Hình Hình với biến số (L.B.d), tổng công suất động Pm tổng cơng suất hệ thống lượng P 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 5000 Po Pt 10000 15000 20000 25000 LBd (m3) Linear (Pt) Linear (Po) Power (kW) Hình Hồi quy tuyến tính Po = f(LBd), Pt = f(LBd) 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 5000 10000 15000 20000 25000 Pm (kW) Po_Pm Pt_Pm Linear (Po_Pm) Linear (Pt_Pm) Hình Hồi quy tuyến tính P0 = f(Pm) Pt = f(Pm) Các cơng thức thu từ kết phân tích: Po  0,490  (L  B  d )  44,0 (kW),  R2  0,731 (5)   Pt  0,807  (L  B  d )  803,0 (kW), R2  0,763 SỐ 63 (8-2020) (6) Power (kW) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 10000 20000 Po_P Linear (Po_P ) 30000 40000 50000 P (kW) Pt_P Linear (Pt_P ) Hình Hồi quy tuyến tính P0 = f(P) Pt = f(P) Po  0,375  Pm  258,4 (kW),  R2  0,757  (7) Pt  0,546  Pm  215,4 (kW),  R2  0,615 (8) Po  0,251 P  113,7 (kW),  R2  0,872 (9) Pt  0,400  P  389,4 (kW),  R2  0,850 (10) Trong đó, đại lượng: Po [kW] - tổng cơng suất máy phát điện đồng trục; Pt [kW] - tổng công suất tất máy phát điện (không bao gồm máy phát cố); Pm [kW] - tổng cơng suất động chính; P [kW] - tổng công suất hệ thống lượng (không bao gồm máy phát cố) Trong công thức từ (5) đến (10), hệ số xác định hồi quy R2 đạt giá trị tốt, điều cho thấy mơ hình kết thu thể rõ xu hướng, đáng tin cậy, đạt độ xác cần thiết tham chiếu cho thiết kế sơ Điều hồn tồn phù hợp với việc lựa chọn cơng suất động điện lắp đặt cho tàu thực tế, nguồn cung cấp điện cho AHTS chủ yếu máy phát điện đồng trục thực [2], [3], [4], [5] Kết luận Do loại tàu đa nhiệm, đa tính năng, nên hệ thống lượng AHTS phức tạp Từ mơ hình hệ thống lượng đơn giản DM (Diesel Mechanical) tàu thương mại thông dụng, đến hệ thống lượng AHTS phát triển theo mơ HP (Hybrid Propulsion) DE (Diesel Electrical) Cùng với đó, để đáp ứng nhiệm vụ, hệ thống đẩy hệ thống cung cấp điện AHTS phải có cơng suất lớn, khơng tương ứng với quy luật tàu chở hàng thơng thường Đó lý giải thích 55 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ phải có quy luật riêng cho AHTS Ý nghĩa báo chỗ, đưa hàm hồi quy mối quan hệ công suất động động lai máy phát điện với mơ-đun khối lực kéo tàu, xem công cụ riêng để tham khảo thiết kế sơ AHTS Mức độ xác mối quan hệ tăng lên, thu hẹp vùng liệu tham chiếu cho phù hợp với đối tượng AHTS cụ thể, thiết kế sơ Vấn đề cần phải có phân tích riêng, sở phân loại AHTS Trong báo không đề cập đến yếu tố vận tốc tàu, yếu tố có ý nghĩa định tới cơng suất động chính, chế độ công tác AHTS phức tạp Vấn đề cần phải có phân tích riêng, sở liệu nhà khai thác AHTS Bài báo sản phẩm đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường năm học 2019-2020: “Xây dựng sở liệu dùng để tham chiếu cho thiết kế tàu kéo, xử lý neo cung ứng dịch vụ - AHTS”, hỗ trợ kinh phí Trưởng Đại học Hàng hải Việt Nam ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Apostolos Papanikolaou Ship Design (Methodologies of Preliminary Design) Springer Science+Business Media Dordrecht, 2014 [2] MAN Diesel & Turbo AHTS Propulsion Plants MAN Diesel & Turbo, 1510-0043-03ppr Printed in Denmark, Dec 2010 [3] Rolls-Royce Marine Products and Systems Rolls-Royce plc MPS 10/05/17, 2017 [4] Damen Shipyards Group Portfolio DAMEN, DAM505 The Netherlands, 11-2014 [5] Siemens Group Reference List Offshore Vessels (Low Voltage Propulsion) Siemens Group Sector Industry Marine and Shipbuilding Norway, 2013 [6] Websites: ww2.eagle.org/en.html www.bureauveritas.com/ www.dnvgl.com/ www.ccs.org.cn/ccswzen/ https://www.lr.org/en/lrofships/ Ngày nhận bài: 22/2/2020 Ngày nhận sửa: 18/3/2020 Ngày duyệt đăng: 56 31/3/2020 SỐ 63 (8-2020) ... thước tàu) phù hợp hơn; tích số chiều dài tàu, chiều rộng tàu chiều chìm tàu [1] Trong thiết kế tàu, người ta công suất hệ thống lượng hệ thống đẩy định đến khả kéo độ lớn thân tàu [1] Phân tích. .. cơng suất động cơng suất động lai máy phát điện lắp đặt AHTS Từ đó, xây dựng cơng thức mơ tả quan hệ cơng suất động động lai máy phát điện với mô-đun khối (LBd) lực kéo BP tàu Đây xem công thức... kế sơ AHTS Tuy nhiên AHTS, việc ước tính nhu cầu lượng khơng thể áp dụng công thức dùng cho tàu chở hàng thơng thường, mà phải có cơng thức riêng Mục tiêu nghiên cứu phân tích thống kê cơng suất