Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật động cơ diesel máy chính tàu cá việt nam TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỂ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành đào tạo: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9520116 KHÁNH HỊA - 2021 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Nha Trang Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng TS Quách Hoài Nam Phản biện 1: PGS.TS Phan Văn Quân Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ Phản biện 3: PGS.TSKH Đỗ Đức Lƣu MỞ ĐẦU I LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Việc bảo đảm an toàn cho người tàu cá hoạt động sản xuất biển xa mối quan tâm người dân trăn trở ngành, cấp nói chung hệ thống đăng kiểm tàu cá nói riêng Tính đến năm 2018, nước có 96.000 tàu cá Số tàu việc tham gia phát triển kinh tế biển cịn góp phần quan trọng bảo vệ an ninh chủ quyền biển, đảo quốc gia Tàu đánh cá hoạt động vùng biển cách bờ đến 200 hải lý cảng trú, động diesel dùng làm máy tàu đa số máy cũ, thiếu thiết bị đo lường, kiểm tra; khơng có hồ sơ kỹ thuật phục vụ cho công tác vận hành bảo dưỡng sửa chữa Điều dẫn đến giảm độ an tồn, tin cậy q trình khai thác; hiệu sử dụng thấp làm tăng giá thành sản phẩm đặc biệt hư hỏng đột ngột biển gây nguy hiểm cho người tàu Vì vậy, việc chẩn đoán trạng thái kỹ thuật máy tàu cá trở nên cấp thiết II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu đề tài nghiên cứu thiết lập mơ hình chẩn đốn, để đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU III.1 Đối tƣợng nghiên cứu Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật mơ hình chẩn đốn để đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel Khách thể nghiên cứu: Động diesel trang bị tàu cá Việt Nam Đối tượng khảo sát: Khảo sát trạng thái kỹ thuật động diesel Yanmar CHE III.2 Phạm vi nghiên cứu III.2.1 Về lý thuyết mô Phạm vi nghiên cứu giới hạn việc phân tích, lựa chọn thơng số chẩn đốn (áp suất phun, áp suất cuối kỳ nén) thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá thường gặp (công suất, phát thải), xây dựng quan hệ tốn học thể ảnh hưởng thơng số thiết lập, đề xuất mơ hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật Trên sở đó, sử dụng phần mềm AVL Boost/Hydsim Matlab mô động diesel Yanmar 4CHE , trang bị phòng thực nghiệm động cơ, Trường Đại học Nha Trang III.2.2 Về thực nghiệm Đánh giá mơ hình chẩn đốn thực nghiệm bệ thử động diesel Yanmar 4CHE IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Phân tích lý thuyết xác định thơng số chẩn đốn; - Phân tích lý thuyết xác định thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel; - Xây dựng quan hệ tốn học thể ảnh hưởng thơng số chẩn đốn với thơng số đánh giá trạng thái kỹ thuật động thiết lập mơ hình chẩn đốn; - Đánh giá ảnh hưởng thơng số chẩn đốn đến trạng thái kỹ thuật động nghiên cứu mô phỏng; - Đánh giá ảnh hưởng thông số chẩn đoán đến trạng thái kỹ thuật động nghiên cứu thực nghiệm V PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô thực nghiệm kiểm chứng VI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN VI.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu, xác định thông số dùng để chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động (TTKT) Thơng qua thơng số chẩn đốn, thiết lập mơ hình chẩn đốn TTKT động Ứng dụng chương trình mơ tổ chức thực nghiệm để đánh giá mô hình chẩn đốn đề xuất Kết nghiên cứu sở khoa học áp dụng cơng tác chẩn đốn TTKT cho ĐC diesel tàu cá có đặc điểm cơng nghệ, chế độ khai thác tương tự với động nghiên cứu VI.2 Tính thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu đề tài góp phần chẩn đốn TTKT ĐC diesel máy tàu cá học liệu tham khảo quan quản lý kiểm tra an toàn kỹ thuật cho ĐC, trước cấp giấy phép cho tàu khai thác có đặc điểm cơng nghệ, chế độ khai thác tương tự với động nghiên cứu KẾT CẤU LUẬN ÁN Luận án kết cấu gồm: Chương Tổng quan; Chương Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel tàu cá công suất nhỏ Việt Nam; Chương Đánh giá ảnh hưởng áp suất phun, áp suất cuối kỳ nén đến quy luật cung cấp nhiên liệu, công suất mức phát thải ô nhiễm động Yanmar 4CHE mô phỏng; Chương Nghiên cứu thực nghiệm; Kết luận khuyến nghị Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Xu hƣớng sử dụng phát triển động diesel 1.2 Đặc điểm cấu tạo sử dụng động diesel dùng cho tàu cá Việt Nam 1.2.1 Đặc điểm cấu tạo sử dụng Thông số kỹ thuật động diesel máy tàu cá hãng phổ biến có nhiều đặc điểm tương đồng như: Hình dạng buồng cháy, tỷ số nén, đường kính xy lanh, hành trình piston, kết cấu hệ thống nhiên liệu, thông số áp suất phun, góc phun sớm Số liệu điều tra chủng loại động diesel làm máy lắp tàu cá khu vực trình bày hình 1.1a 1.1b a) b) Hình 1 Chủng loại động sử dụng cho máy tàu cá DHNTB (a) tỉnh có biển khu vực phía nam (b) Hình 1.3 cho thấy, động hãng Yanmar sử dụng phương tiện thủy nói chung tàu cá nói riêng chiếm số lượng lớn Đây lý luận án lựa chọn động 4CHE hãng Yanmar làm động nghiên cứu Thực tế sử dụng tàu thuyền nghề cá Việt Nam nhiều vấn đề bất cập Hầu hết việc đóng tàu lựa chọn máy thực theo kinh nghiệm dân gian, đại đa số động qua sử dụng, người vận hành không đào tạo chuyên môn thợ máy Do đó, máy móc dễ bị hư hỏng sử dụng không đúng, không theo qui chuẩn đặc biệt nguy tàu bị chìm sóng gió Một đặc điểm bật khác động diesel máy tàu cá hoạt động điều kiện khơng ổn định mơi trường sóng gió, độ ẩm cao, thành phần khơng khí chứa muối bay từ nước biển Chế độ sử dụng động thường không ổn định, thay đổi theo đặc điểm đánh bắt nghề (lưới kéo, lưới vây, lưới rê, …) Vì thế, yêu cầu độ tin cậy động trang bị tàu cá đòi hỏi khắt khe so với động trang bị phương tiện giao thông khác 1.2.2 Khái qt cơng tác đăng kiểm máy tàu cá Qua yêu cầu qui phạm liên quan đến đăng kiểm tàu cá cho thấy, công tác đăng kiểm hệ thống động lực tàu cá nói chung động diesel làm máy nói riêng lĩnh vực bỏ ngỏ, chưa có tiêu chuẩn cụ thể để giám sát kiểm tra khó khăn việc tìm tiêu chuẩn phù hợp cho đặc thù máy tàu cá 1.2 Tình hình nghiên cứu Thế giới Việt Nam chẩn đốn động diesel - Thơng số dùng để chẩn đoán nhiều, tần xuất lặp lại thường là: Áp suất phun nhiên liệu, áp suất cháy, áp suất nén tín hiệu rung Hầu hết cơng trình nghiên cứu chẩn đốn tình trạng kỹ thuật động diesel tập trung vào cụm chi tiết hệ thống đơn lẻ - Mơ hình chẩn đoán đa dạng, từ so sánh ngưỡng hư hỏng dựa thơng số đến tích hợp logic mờ, trí tuệ nhân tạo… để suy đốn trạng thái kỹ thuật động từ nhiều thông số chẩn đoán Việc chẩn đoán hư hỏng động diesel tàu thủy nghiên cứu, áp dụng cho hầu hết tàu thương mại số cho tàu cá đại, với hệ thống chẩn đốn tích hợp chế tạo động Hơn nữa, tất mơ hình thiết bị dùng hệ thống chẩn đốn có chi phí lớn, điều khơng phù hợp để áp dụng cho tàu cá Việt Nam Kết luận chƣơng 1: Chương phân tích, lựa chọn ĐC diesel tàu cá phù hợp với đối tượng nghiên cứu luận án Đối với lĩnh vực tàu cá Việt Nam, việc chẩn đốn TTKT ĐC diesel cơng suất nhỏ dùng làm máy chính, cần xác định thơng số chẩn đốn thơng số đánh giá TTKT, từ xây dựng mơ hình chẩn đốn TTKT cho đối tượng ĐC diesel phù hợp với điều kiện sử dụng ngư dân Nội dung trình bày chương luận án Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU CÁ CƠNG SUẤT NHỎ 2.1 Lý thuyết chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel 2.1.1 Trạng thái kỹ thuật chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động diesel Trạng thái kỹ thuật (TTKT) động đốt (ĐCĐT) hiểu tình trạng kỹ thuật chi tiết, cụm chi tiết hệ thống động Nó thể thơng qua tập hợp thông số trạng thái, gồm: Thông số cấu trúc thơng số cơng tác (đặc tính làm việc phận hệ thống động cơ) Chẩn đoán kỹ thuật nhằm đưa định hợp lý tình trạng tức thời động cơ, cần thiết biện pháp bảo trì xác định nguyên nhân hư hỏng nhờ mơ hình chẩn đốn phù hợp hay nhờ quan hệ thông số khác 2.1.2 Các thông số đánh giá chẩn đoán trạng thái kỹ thuật Khi không tháo máy để xác định thông số cấu trúc, việc đánh giá trạng thái kỹ thuật phải thông qua thông số công tác động so với tiêu chuẩn Cụ thể gồm: Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải thông số trạng thái cơ, nhiệt… Trong đó, cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải quan tâm (trong luận án quy ước hàm số), hàm số thay đổi theo thông số chẩn đoán (trong luận án quy ước biến số) 2.1.2 u cầu thơng số chẩn đốn Các thơng số chẩn đốn chọn từ thơng số đầu phải thỏa mãn đảm bảo yêu cầu sau: - Tính đơn trị - Tính thơng tin - Tính hiệu - Tính cơng nghệ 2.1.4 Bộ thơng số chẩn đốn Trong động diesel, nhóm bao kín buồng cháy ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất cuối kỳ nén (pc); hệ thống vòi phun, bơm cao áp ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến áp suất đường ống cao áp áp suất phun (pinj) Do đó, áp suất đường ống cao áp áp suất phun tuyến tính với Các thơng số thơng số chẩn đốn 2.1.5 Phƣơng pháp xác định thơng số chẩn đốn Để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động diesel phải lượng hóa mối quan hệ thơng số chẩn đốn (x, y) thơng số phản ánh tình trạng kỹ thuật động (z), tức giải hàm số z = f(x, y) Kết chẩn đoán vào thay đổi cho phép z (theo quy định) để xác định ngưỡng x, y (tiêu chuẩn giới hạn cần phải bảo dưỡng, sửa chữa động cơ) 2.2 Quan hệ thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật với thông số chẩn đốn 2.2.1 Quan hệ cơng suất phát thải với thơng số chẩn đốn Thơng số chẩn đốn liên quan đến thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật động thơng qua quan hệ tốn học sau: ge  Ge Ne ge  A h Cd A C 2l (pinj  p c )  h d 2l p Ne Ne (2 1) (2 2) Trong đó, Ne: Cơng suất có ích động cơ, ge: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Từ công thức 2.2 cho thấy, áp suất phun giá trị áp suất nén ảnh hưởng trực tiếp đến công suất suất tiêu hao nhiên liệu riêng có ích động Đối với phát thải bồ hóng: .pinj 6.n R s,c  A.Cs .Cd2 (pinj  pc ) (2.3) Đối với phát thải NOx: NO x cycle  EOC i n  Cd A h t dur i    Vt NO x  2(Pinj  Pc )  SOC i 1   Vcyl l 0.5 (2.4) 2.2.2 Các phƣơng pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel - Đối với phương pháp chẩn đốn mơ để đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel, chủ yếu tập trung vào mơ q trình phun, hình thành hỗn hợp, cháy hình thành phát thải Chiều dài phân rã lb tia phun nhiên liệu đặc tính quan trọng định độ xuyên sâu tia phun (S), góc nón chum tia ( s) để xác định khả hịa trộn (hình thành hỗn hợp) phun nhiên liệu vào buồng cháy:   lb  2,653 d h Wel 0,1 Rel 0,3  l     g  Δp  S  2,95   ρ   g 0,08 (2 5) 0,25 (d h t)0,5 (2 6) Với t: Thời gian tính từ bắt đầu phun nhiên liệu, p  p inj  p c : Độ chênh lệch áp suất phun với áp suất nén buồng cháy d h 0g,1.p0,35 s  0,03824 0,3 0, 45 0, lh l l (2 7) - Đối với phương pháp thực nghiệm, thông thường sử dụng modul sau: Modul đầu vào (các thơng số chẩn đốn); Modul thu nhận xử lý số liệu (các thiết bị đo kết nối máy tính); Modul kết chẩn đốn (cơng suất, phát thải ), suất tiêu hao nhiên liệu Các Modul phải bố trí làm việc theo chế độ, điều kiện thực nghiệm cụ thể tiến hành đo, ghi nhận liệu 2.2.4 Đề xuất mơ hình chẩn đốn TTKT động diesel máy tàu cá NCS đề xuất mơ hình chẩn đốn TTKT động diesel máy tàu cá hình 2.1 Các sai lệch A, B, C làm rõ bảng 2.1 Từ mơ hình chẩn đốn bảng 2.1, giả thiết cơng thức sau: z1 = f(x, y) (2.5) z2 = f(x, y) (2.6) z3 = f(x, y) (2.7) Trong đó: z1 - độ sụt giảm công suất, z2 - độ gia tăng bồ hóng, z3 - độ giảm NOx x - độ giảm áp suất đường ống cao áp (%), x phụ thuộc vào sai lệch hư hỏng theo A (a%), B (b%); y - độ giảm áp suất cuối kỳ nén (%); Tình trạng ban đầu (TTBĐ) tình trạng động động đại tu bảo dưỡng đăng kiểm chấp nhận Bằng phương pháp tính tốn mơ thực nghiệm kiểm chứng, hàm đa biến đề xuất xây dựng sở cho việc xác định trạng thái kỹ thuật động thông qua độ giảm áp suất đường ống cao áp áp suất cuối kỳ nén Sai lệch (A) hệ thống phun (rò rỉ-khe hở bơm, lò xo…sai lệch a%) (mòn cam … sai lệch b%) Sai lệch (B) hệ thống phun Sai lệch (C) xy lanh (độ giảm áp suất nén-rỏ rỉ nhóm bao kín buồng cháy… sai lệch y%) Diễn biến áp suất đƣờng ống cao áp (pOCA) giảm x% Chiều dài tia phun Q trình phun Góc nón chùm tia Cháy phát thải (tình trạng buồng cháy) Ne Giảm z1% so với tiêu chuẩn Soot NOx Soot tăng z2% NOx giảm z3% so với tiêu chuẩn Từ x, z1, z2, z3 y phân tích đƣa khuyến nghị (cảnh báo) hệ thống phun nhóm bao kín buồng cháy Hình Sơ đồ mơ hình chẩn đốn TTKT động diesel máy tàu cá Bảng Các thông số đầu vào hệ thống nhiên liệu áp suất nén ảnh hƣởng đến diễn biến áp suất trình hình thành hỗn hợp cháy TT Ký Thông số gây ảnh hƣởng đến áp Độ giảm so với tình trạng ban hiệu suất phun áp suất nén đầu, % A Khe hở Piston - xy lanh bơm cao áp Độ cứng lò xo Độ kín khít đai ốc, vịng đệm, độ mòn cửa vào-ra van cao áp B Độ mịn cam bơm cao áp C Độ kín nhóm bao kín buồng cháy 0; 2; 4; 6; 8; 10; 12;14; 16; 18; (gây giảm áp suất nén) 20,…n 0; 2; 4; 6; 8; 10; 12;14; 16; 18; 20,…n 0; 2; 4; 6; 8; 10; 12;14; 16; 18; 20,…n Kết luận chƣơng 2: - Nội dung Chương phân tích sở lý thuyết cho luận án; - Đề xuất sơ đồ mơ hình chẩn đốn TTKT ĐC diesel máy tàu cá cơng suất nhỏ mối quan hệ thơng số chẩn đốn với thơng số đánh giá TTKT cho mơ hình chẩn đốn; - iả thiết hư hỏng xảy làm ảnh hưởng đến thơng số chẩn đốn, nhằm phục vụ q trình đánh giá mơ hình chẩn đốn TTKT ĐC diesel máy tàu cá mơ phỏng; - Các thơng số chẩn đoán lựa chọn là: Áp suất phun nhiên liệu (pinj) áp suất cuối kỳ nén (pc); - Các công thức 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 sử dụng phục vụ q trình tính tốn, mô Chƣơng ĐÁNH GIÁ ÁNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT PHUN, ÁP SUẤT CUỐI KỲ NÉN ĐẾN QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU, CÔNG SUẤT VÀ MỨC PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ YANMAR 4CHE BẰNG MÔ PHỎNG 3.1 Mô hệ thống phun nhiên liệu động diesel máy tàu cá (Yanmar 4CHE ) phần mềmAVL Boost/Hydsim 3.1.1 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phun nhiên liệu Để xây dựng mơ hình mô phù hợp, cần thiết phải dựa hai yêu cầu: - Xác định phận sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống phun nhiên liệu động Yanmar 4CHE ; - Phân tích, lựa chọn phần tử đặc trưng cho phận hệ thống nhiên liệu Mơ hình hệ thống phun mơ tả hình 3.1 FUEL SYSTEM OF YANM AR 4CHE ENGINE AVL BOOST HYDSIM V2013.2 Dynamic Analysis of Hydraulic Syste ms Volume 20 Line Line Delivery Valve Volume 10 21 Line 11 12 Line 18 Line Line Volume Fill/Spill Port 13 Volume Leakage 17 Leakage p Pressure T 19 VCO Orifice 14 15 p T 16 Plunger Cam Profile Boundary Needle Pressure Hình 3.1 Mơ hình kết nối chung hệ thống nhiên liệu động Yanmar 4CHE 3.1.2 Kết nghiên cứu mô phần mềm AVL boost/Hydsim 3.1.2.1 Kết mô hệ thống phun nhiên liệu tình trạng ban đầu Tổng hợp quy luật thơng số phun tình trạng ban đầu với tốc độ động 1400 v/p trình bày hình 3.2 Hình 3.2 Các thơng số phun hệ thống phun nhiên liệu tình trạng ban đầu 10 3.1.2.2 Ảnh hƣởng hƣ hỏng A đến thông số phun Khi A (bảng 2.1) giảm 12%, 14%, 16% so với tiêu chuẩn diễn biến áp suất phun đường ống cao áp áp suất phun giảm đến 10% giảm cấu trúc tia phun nhiên liệu vào xy lanh hình 3.3 Khi A tiếp tục giảm 18%, 20% giá trị áp suất cấu trúc tia phun suy giảm mạnh a) b) Hình 3 Góc nón tia phun với trƣờng hợp A hƣ hỏng 12%, 14%, 16% (a) độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) 3.1.2.3 Ảnh hƣởng hƣ hỏng B đến thông số phun Tương tự trường hợp A, B giảm 12 - 16%, kết diễn biến áp suất ống cao áp áp suất phun giảm khoảng 18% hình 3.4 Khi B giảm 18 20%, diễn biến áp suất ống cao áp áp suất phun giảm mạnh ( 21%), cấu trúc tia phun giảm đến 19% Điều làm cho trình hình thành hỗn hợp cháy hiệu Hình Diễn biến áp suất ống cao áp áp suất phun tƣơng ứng với trƣờng hợp B hƣ hỏng 12 - 16% 11 So sánh mức độ ảnh hưởng A B đến thông số phun cấu trúc tia phun bảng 3.1 Bảng 3.1 So sánh ảnh hƣởng A B đến mức độ sụt giảm áp suất ống cao áp áp suất phun Độ giảm 10% 12% A giảm 14% 16% 18% 20% 10% 12% 14% B giảm 16% 18% 20% Áp suất ống cao áp giảm so với TTBĐ (%) 6,3 8,2 8,8 10 11,6 12,7 14,6 15,7 16,3 17,9 18,8 20,8 Áp suất nâng kim phun giảm so với TTBĐ (%) 7,3 9,5 10,5 12 13 15,4 16,1 17,4 17,9 19,5 20,7 Cấu trúc tia phun giảm so với TTBĐ (%) 3,7 5,8 6,5 8,5 10,9 11 12,7 14 15,3 18 Căn vào mức độ ảnh hưởng A B từ bảng 3.1 mơ hình chẩn đốn, Xác định A giảm từ 18% (a% = 18%) diễn biến áp suất đường ống cao áp giảm 11,6% (x% = 11,6%); giới hạn B giảm từ 10% (b% =10%), diễn biến áp suất đường ống cao áp giảm 14,6% (x% = 14,6%) Khi A B đạt đến ngưỡng sai lệch trên, làm cấu trúc tia phun suy giảm lớn, điều đồng nghĩa với việc trình hình thành hỗn hợp cháy hiệu quả, dẫn đến công suất giảm, phát thải bồ hóng gia tăng 3.2 Mơ tính tốn cơng suất phát thải phần mềm Matlab Trên hình 3.5, hình 3.6 thể đồ thị đặc tính cơng suất phát thải bồ hóng theo độ giảm áp suất phun áp suất nén Hình 3.5 Quy luật thay đổi công suất phát thải bồ hóng theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất ống cao áp giảm 14% 12 Trên hình 3.5, áp suất ống cao áp giảm đến 14% cơng suất bắt đầu giảm, bồ hóng gia tăng nhanh chóng, vùng giao hai đường đặc tính suất khoảng 10-12% mức giảm áp suất nén Ở đồ thị hình 3.6, vùng giao xuất khoảng 8% mức giảm áp suất nén, áp suất ống cao áp giảm đến16% Hình 3.6 Quy luật thay đổi cơng suất phát thải bồ hóng theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất ống cao áp giảm 16% Tương tự trên, đồ thị đặc tính cơng suất phát thải NOx trình bày hình 3.7 Đáng ý quy luật công suất phát thải NOx giống nhau, quy luật phát thải NOx bồ hóng lại trái ngược hình 3.8, điều phù hợp với quy luật Hình 3.7 Quy luật thay đổi cơng suất phát thải NOx theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất ống cao áp giảm 16% 13 Hình 3.8 Quy luật thay đổi bồ hóng phát thải NOx theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất ống cao áp giảm 16% Từ bảng số liệu đồ thị đặc tính cho thấy, áp suất cuối kỳ nén suy giảm 10% trở lên, kết hợp với áp suất ống cao áp giảm khoảng 16% bắt đầu có thay đổi lớn công suất phát thải Kết luận chƣơng - Xây dựng mơ hình mô hệ thống phun nhiên liệu động Yanmar 4CHE phần mềm AV Boost Hydsim; - Sử dụng kết mô HTPN động Yanmar 4CHE từ AVL Boost Hydsim để tính tốn cơng suất, phát thải Soot, NOx phần mềm Matlab; - Khi áp suất cuối kỳ nén giảm đến 12% áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ cơng suất động nghiên cứu giảm 18,66 ÷ 19,85%, phát thải bồ hóng tăng 28,49 ÷ 32,60%, phát thải NOx giảm thấp 21,13 ÷ 25,10% 14 Chƣơng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Bố trí thiết bị thực nghiệm Quá trình thực nghiệm thực động diesel cao tốc Yanmar 4CHE phun nhiên liệu khí, kết nối phanh thủy lực Dynomite 13, đo công suất, mô men, tốc độ, đo chi phí nhiên liệu thiết bị phân tích khí thải hình 4.1 Hình Sơ đồ bố trí chung thiết bị phịng thử nghiệm Bảng Thông số động diesel Yanmar 4CHE Tên thông số Đơn vị Giá trị Kiểu động 4CH, buồng cháy thống Số xy lanh Đường kính xy lanh mm (in) 105  125 (4,13  4,92) x Hành trình piston Dung tích xy lanh L (cu.in) 4,330 (264,21) Công suất HP/rpm 70/2300 Tỷ số nén 16,4:1 Thứ tự nổ 1-2-4-3 Áp suất cháy cực đại kG/cm 85 (83 bar) Góc phun sớm ( TĐCT) 18 Hệ thống nhiên liệu Áp suất phun tiêu chuẩn (bar) 215 4.2 Quy hoạch thực nghiệm Các chế độ thử nghiệm nhiên liệu sử dụng trình bày bảng 4.2 15 Bảng 4.2 Chế độ thực nghiệm Điều kiện thực nghiệm Giá trị Nhiên liệu thực nghiệm Tốc độ động Điều kiện tải Áp suất ống cao áp Tình trạng ban đầu Dầu DO theo tiêu chuẩn Việt Nam 1.400, 1.800 vòng/phút 0, 20%, 40%, 60%, 80% Sai lệch 0% POCA = 214,62 bar Giảm so với Sai lệch khoảng 14% tình trạng POCA = 185,06 bar ban đầu Ghi TCCS 03:2015/PLX Nhiên liệu diesel (DO) Theo chu trình thử nghiệm động diesel Nhật Theo chu trình thử nghiệm động diesel Nhật Tình trạng động đại tu bảo dưỡng đạt yêu cầu đăng kiểm Điều chỉnh độ cứng lò xo giảm xuống (tương ứng với POCA = 185,06 bar) 4.3 Kết nghiên cứu thực nghiệm Kết thực nghiệm so sánh với mơ trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 So sánh mô thực nghiệm công suất phát thải Ghi động áp suất giảm so với tình trạng ban đầu Áp suất ống cao Trường hợp bơm cao Cơng Bồ hóng NOx áp (bar, %) áp làm việc với suất (kW) (N%) (ppm) Thực nghiệm với trƣờng hợp áp suất cuối kỳ nén không giảm (độ giảm 0%) Độ đàn hồi lò xo 214,62 Chế độ thử (ở TTBĐ) nghiệm 40% Độ đàn hồi lò xo giảm 185,06 tải, 1400 v/p so với TTBĐ Tăng (+), giảm (-)% - 13,8% 12,97 3,83 592 12,01 6,81 569 - 7,40 + 7,80 - 3,90 Mô với trƣờng hợp áp suất cuối kỳ nén không giảm (độ giảm 0%) Độ đàn hồi lị xo (ở 238,94 Chế độ TTBĐ) mơ Độ đàn hồi lò xo giảm 204,05; 201,43 40% tải, so với TTBĐ 1400 v/p Tăng (+), giảm (-)% -14,6 (204,05 bar) Tăng (+), giảm (-)% -15,7 (201,43 bar) 14,02 3,65 705 13,36 3,83 659 -6,24 -7,43 +4,93 +6,57 -6,52 -9,07 +28,49 +32,60 -21,13 -25,10 Mô với trƣờng hợp áp suất cuối kỳ nén giảm đến 12% Tăng (+), giảm (-)% Tăng (+), giảm (-)% -14,6 (204,05 bar) -15,7 (201,43 bar) -18,66 -19,85 Các giá trị bảng cho thấy, kết mô chương phù hợp với thực nghiệm, việc khảo sát, xác định thơng số thực tế xây dựng mơ hình mơ 16 hệ thống phun nhiên liệu động phần mềm AVL Boost/Hydsim tính tốn cơng suất, phát thải phần mềm Matlab có độ tin cậy Kết chứng minh rằng, mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel xây dựng phù hợp để chẩn đốn máy tàu cá Việt Nam 4.4 Xây dựng cơng thức cho mơ hình chẩn đốn Trên sở kết mơ thực nghiệm trình bày chương 3, chương hàm số giả thiết chương NCS triển khai xây dựng mối quan hệ biến số hàm, để xác định công thức cho mơ hình chẩn đốn (hàm nội suy đa biến – công thức thực nghiệm) nhằm đánh giá quy luật ảnh hưởng áp suất đường ống cao áp (hư hỏng hệ thống phun) áp suất cuối kỳ nén (hư hỏng nhóm bao kín buồng cháy) đến đặc tính động diesel máy tàu cá sau: - Đối với công suất: z1 = 0,09x2 + 0,03xy – 0,15y2 – x + 4,67y Đối với phát thải bồ hóng: z2 = 0,09x2 + 0,03xy – 0,15y2 – x + 4,67y (4.1) (4.2) - Đối với phát thải NOx: z3 = 0,07x2 – 0,2xy + 0,09y2 + 0,9x – 0,57y (4.3) Trên sở này, luận án đề xuất thực chương trình chẩn đốn cho mơ hình ĐC diesel máy tàu cá cơng suất nhỏ sau: - Xây dựng thông số chuẩn áp suất ống cao áp dựa vào áp suất phun (theo hồ sơ lý lịch động cơ) đo trực tiếp tàu, đồng thời đo áp suất cuối kỳ nén theo họ động diesel tàu cá (động diesel mới đại tu xong đăng kiểm chấp nhận) Bộ liệu nhập vào chương trình máy tính thiết bị đo áp suất cuối kỳ nén đo áp suất ống cao áp - Sau chuyến biển dài ngày tàu cập bến đến thời hạn đăng kiểm, sử dụng thiết bị đo áp suất ống cao áp áp suất cuối kỳ nén có kết nối máy tính, để xác định áp suất ống cao áp áp suất cuối kỳ nén Kết đo so sánh với liệu ban đầu, với mức suy giảm nhận tham khảo tình để sửa chữa, bảo dưỡng động cơ: + Sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống phun nhiên liệu áp suất ống cao áp giảm 16% áp suất cuối kỳ nén giảm 12% + Sửa chữa, bảo dưỡng nhóm bao kín buồng cháy áp suất cuối kỳ nén giảm 12% áp suất ống cao áp giảm 16% + Sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống phun nhiên liệu nhóm bao kín buồng cháy áp suất ống cao áp giảm 16% áp suất cuối kỳ nén giảm 12% Kết luận Chƣơng 4: - Trên sở kết nghiên cứu mô từ Chương Chương thực nội dung sau: 17 - Đo công suất phát thải động trường hợp tải tốc độ khi áp suất ống cao áp áp suất cuối kỳ nén thay đổi; - Xây dựng đường đồ thị đặc tính cơng suất phát thải bồ hóng, NOx theo tải, tốc độ chế độ thực nghiệm; - Sử dụng phương pháp agrange, xây dựng hàm nội suy đa biến thể ảnh hưởng áp suất ống cao áp áp suất cuối kỳ nén đến công suất phát thải động diesel Yanmar 4CHE dùng làm máy tàu cá; - Trên sở số liệu mô thực nghiệm kiểm chứng, cho thấy mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá cơng suất nhỏ, chẩn đốn thơng qua áp suất ống cao áp, có độ tin cậy khả thi Với động có đặc điểm cơng nghệ, chế độ khai thác tương tự động nghiên cứu, đề xuất sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống phun nhiên liệu nhóm bao kín buồng cháy áp suất ống cao áp giảm 16% áp suất cuối kỳ nén giảm 12% 18 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, luận án rút số kết luận sau: (1) Kết nghiên cứu lý thuyết tổng hợp cơng thức thực nghiệm để hình thành mơ hình đơn giản cho phép đánh giá nhanh ảnh hưởng áp suất phun (pinj) áp suất cuối kỳ nén (pc) đến công suất (công thức 2.19), mức phát thải bồ hóng (cơng thức 2.23), mức phát thải NOX (công thức 2.28) động diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng HTPN khí truyền thống kiểu Bosch, khơng tăng áp, khơng sử dụng tuần hồn khí thải, chưa có hệ thống kiểm sốt xử lý ô nhiễm (2) Luận án xây dựng mô hình mơ Hệ thống phun nhiên liệu động diesel máy tàu cá (Yanmar 4CHE) phần mềm AVL Boost/Hydsim với thơng số hư hỏng tính tốn cơng suất, phát thải tương ứng phần mềm Matlab Khi áp suất cuối kỳ nén giảm đến 12% áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ cơng suất động giảm, phát thải bồ hóng tăng lên (3) Từ kết nghiên cứu thu mô thực nghiệm, kết hợp với sở lý thuyết phân tích cụ thể dạng quan hệ toán học, luận án xác định giới hạn cần phải bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống nhiên liệu nhóm bao kín buồng cháy động diesel phun nhiên liệu trực tiếp dùng HTPN khí truyền thống kiểu Bosch, khơng tăng áp, khơng sử dụng tuần hồn khí thải, chưa có hệ thống kiểm sốt xử lý nhiễm (Yanmar 4CHE) Trong đó, áp suất ống cao áp không giảm vượt 16%, áp suất cuối kỳ nén không giảm vượt 12%, cụ thể: Về công suất: - Khi áp suất cuối kỳ nén không giảm áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ cơng suất động giảm 6,24 ÷ 7,43% (trường hợp liên quan hệ thống nhiên liệu) - Khi áp suất cuối kỳ nén giảm đến 12% áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ cơng suất động giảm 18,66 ÷ 19,85% (trường hợp đồng thời liên quan đến nhóm bao kín buồng cháy hệ thống nhiên liệu) Về phát thải: - Khi áp suất cuối kỳ nén không giảm áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ phát thải bồ hóng của ĐC tăng lên 4,93 ÷ 6,57%, phát thải NOx giảm thấp 6,52 ÷ 9,07% (trường hợp liên quan hệ thống nhiên liệu) - Khi áp suất cuối kỳ nén giảm đến 12% áp suất ống cao áp giảm 14 ÷ 16% so với TTBĐ phát thải bồ hóng của ĐC tăng lên 28,49 ÷ 32,60%, phát thải 19 NOx giảm thấp 21,13 ÷ 25,10% (trường hợp đồng thời liên quan đến nhóm bao kín buồng cháy hệ thống nhiên liệu) (4) Trên sở kết mô thực nghiệm kiểm chứng, luận án thiết lập hàm tốn học (các cơng thức 4.1, 4.2, 4.3) phản ánh mối quan hệ thông số chẩn đoán đến trạng thái kỹ thuật ĐC nghiên cứu Kết nghiên cứu đề xuất mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá cơng suất nhỏ, có độ tin cậy khả thi KHUYẾN NGHỊ Để phát triển hoàn thiện mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel, nghiên cứu cần tập trung vào số nội dung sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng qui luật phun đến trạng thái kỹ thuật động diesel; - Thực nghiệm với sai lệch (gioăng, đệm, độ kín khít mối nối) HTPN đến diễn biến áp suất ống cao áp; - Nghiên cứu phát triển thiết bị đo áp suất ống cao áp thành hệ thống thiết bị cảnh báo, trang bị tàu để cảnh báo trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá Trong đó, viết chương trình cảnh báo hệ thống phun nhiên liệu cho động dựa theo hàm số mà luận án đưa (công thức 4.1, 4.2, 4.3) 20 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN LUẬN ÁN 1) Hồ Đức Tuấn cộng (2019) Nghiên cứu đề xuất thơng số chẩn đốn TTKT cho máy tàu cá việt nam Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thuỷ sản, Trường Đại học Nha Trang 2) Hồ Đức Tuấn cộng (2019) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng áp suất cuối kỳ nén đến công suất suất tiêu hao nhiên liệu ĐC diesel máy tàu cá Tạp chí Cơ khí VN 3) Hồ Đức Tuấn cộng (2019) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng áp suất cuối kỳ nén đến phát thải ĐC diesel máy tàu cá Tạp chí KHCN Đà Nẵng 4) Hồ Đức Tuấn cộng (2020) Thiết kế chế tạo thiết bị đo áp suất ống cao áp ĐC diesel Máy tàu cá Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản Đại học Nha Trang 5) Hồ Đức Tuấn cộng (2020) Nghiên cứu mô ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu ống cao áp đến trình hình thành hỗn hợp cháy ĐC diesel Máy tàu cá Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật 6) Hồ Đức Tuấn cộng (2020) Nghiên cứu mô ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu ống cao áp đến công suất ĐC diesel Máy tàu cá Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản Đại học Nha Trang 7) Tuan Ho Duc et al (2020) A simulation study on effects of basic parts' failure of fuel injection system to fuel injection pressure of the 4CHE YANMAR diesel engine 46th International Scientific Conference of the departments of transport, handling, construction and agriculture machinery Terchova, September - 4, 2020 Print EDIS-Zilina University pulisher ISBN: 978-8089276-60-8 21 ... nghiên cứu thiết lập mơ hình chẩn đốn, để đánh giá trạng thái kỹ thuật động diesel máy tàu cá III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU III.1 Đối tƣợng nghiên cứu Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật mơ hình chẩn. .. ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU CÁ CƠNG SUẤT NHỎ 2.1 Lý thuyết chẩn đốn trạng thái kỹ thuật động diesel 2.1.1 Trạng thái kỹ thuật chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động diesel Trạng thái kỹ thuật (TTKT) động đốt... thơng số chẩn đốn với thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật động thiết lập mơ hình chẩn đốn; - Đánh giá ảnh hưởng thơng số chẩn đốn đến trạng thái kỹ thuật động nghiên cứu mô phỏng; - Đánh giá ảnh