Xác suất làm việc không hỏng là chỉ tiêu cơ bản của tính an toàn nói riêng và của độ tin cậy nói chung đối với các máy móc, thiết bị hoặc các hệ thống kỹ thuật
v..v…. Trong thực tế, đôi khi người ta còn sử dụng xác suất hư hỏng Q(I) thay cho xác suất làm việc không hỏng P(I) để đánh giá tính an toàn của hệ thống theo công thức :
P(I) = 1 – Q(I) (3.27)
Xác suất hư hỏng Q(I) của hệ động lực tàu thủy có thể được xác định dựa theo phương trình logic tính xác suất hư hỏng theo mô hình cây hư hỏng đã được xác lập ở mục 3.3.6. Tuy nhiên, trước tiên cần phải tính xác suất hư hỏng các sự kiện cơ bản xij, yij và zij (hư hỏng của các phần tử theo nguyên nhân gây hư hỏng).
1.Tính toán xác suất hư hỏng của các sự kiện cơ bản [5], [9]
Như đã biết, hệ động lực tàu thủy nói chung là hệ thống nối tiếp có hồi phục, nghĩa là sau khi bị hỏng, mỗi phần tử của hệ đều được phục hồi bằng cách sửa chữa hoặc thay mới đảm bảo sao cho các phần tử có lại được những tính chất như ban đầu. Mặt khác theo số liệu thống kê thu được nhận thấy nó có thời gian hồi phục hữu hạn. Thường khi một phần tử đã hỏng và được phục hồi thì các phần tử còn lại của hệ thống
cũng ngừng hoạt động và từ thời điểm hỏng đó, cường độ hỏng của các phần tử bằng 0, nghĩa là trong thời gian phục hồi phần tử bị hỏng, các phần tử còn lại không thể hỏng. Như vậy tại một thời điểm bất kỳ, hệ thống đang xét có thể có một trong hai
trạng thái là trạng thái đang làm việc (gọi là trạng thái 0) hoặc đang phục hồi (gọi là
trạng thái 1). Rõ ràng từ thời điểm t đên thời điểm t+ t, hệ thống có bốn khả năng
chuyển trạng thái và ký hiệu của các xác suất chuyển trạng thái của các trường hợp
Bảng 3.5 : Các xác suất chuyển trạng thái
Ký hiệu trạng thái Ký hiệu xác suất chuyển trạng thái Mô tả trạng thái 0 0 P00( t) Làm việc không hỏng
0 1 P01( t) Xảy ra hư hỏng
1 0 P10( t) Phục hồi xong
1 1 P11( t) Đang phục hồi
Trạng thái của các xác suất chuyển trạng thái được lập thành ma trận xác suất chuyển như sau :
P00( t) P01( t) P10( t) P11( t)
Theo phân bố mũ thì các phần tử nằm trên đường chéo chính của ma trận được xác định như sau :
P00( t) = λij.Δt
e ; P11( t) = µij.Δt
e
trong đó : λij - cường độ hư hỏng của phần tử i theo nguyên nhân hư hỏng j.
µij - cường độ phục hồi của phần tử i khi bị hỏng do nguyên nhân j gây ra.
Các phần tử còn lại xác định từ điều kiện: tổng các phần tử trên cùng một hàng bằng đơn vị (hai sự kiện tương ứng họp thành nhóm đầy đủ) do đó :
P10(t) = 1 - P11(t) = 1- e-ij t
Sự kiện hỏng của hệ thống cũng như các phần tử của nó ở thời điểm t + t là hợp của hai sự kiện, không hỏng ở thời điểm t và phục hồi xong trong khoảng thời gian t.
Do đó xác suất không hỏng của các phần tử của hệ ở thời điểm t + t bằng :
Pij (t + t) = P0 (t + t) = P0(t). P00( t) + P1(t). P10( t)
= P0(t) e -ijt + P1(t)(1 - e-ijt) (3.28)
Xác xuất hư hỏng của một sự kiện cơ bản sẽ xác định được khi biết các giá trị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cường độ hư hỏng và cường độ hồi phục của chúng với khoảng thời gian t phù hợp.
Cường độ hư hỏng của các sự kiên cơ bản ij
Áp dụng công thức (3.23) và (3.25) với rij là số lần hư hỏng của phần tử thứ i theo nguyên nhân j (j = 1 8) trong thời gian khảo sát sẽ xác định được thời gian làm việc trung bình an toàn và cường độ hư hỏng của các phần tử theo từng nguyên nhân gây ra. Kết quả tính toán theo bảng 3.6
Bảng 3.6: Thời gian làm việc trung bình an toàn và cường độ hư hỏng của các phần tử
Ký hiệu
Thời gian làm việc trung bình an toàn, T0 (ngày) Cường độ hư hỏng ij (ngày-1) x11 2426,09 0,0004122 x13 1162,50 0,0008602 x16 5314,29 0,0001882 x17 11160,00 0,0000896 x21 5580,00 0,0001792 x23 1377,78 0,0007258 x26 10145,45 0,0000986 x31 2861,54 0,0003495 x33 672,29 0,0014875 x36 5072,73 0,0001971
x41 2277,55 0,0004391 x43 808,70 0,0012366 x51 1528,77 0,0006541 x53 1449,35 0,0006900 x57 27900,00 0,0000358 x61 3381,82 0,0002957 x63 1771,43 0,0005645 x65 2277,55 0,0004391 x66 4292,31 0,0002330 y13 2146,15 0,0004659 y15 3985,71 0,0002509 y23 3487,50 0,0002867 y24 4852,17 0,0002061 y26 7971.43 0.0001254 z13 13950.00 0.0000717 z14 7971.43 0.0001254 z21 1992,86 0,0005018 z22 10145,45 0,0000986 z23 1771,43 0,0005645 z31 1449,35 0,0006900 z33 1282,76 0,0007796 z37 5873,68 0,0001703 z41 3282,35 0,0003047 z42 3016,22 0,0003315 z44 1528,77 0,0006541
Cường độ hồi phục của các sự kiện cơ bản ij
Đây cũng chính là cường độ hồi phục của các phần tử, bởi vì khi các phần tử bị hư hỏng do nguyên nhân nào gây ra thì thời gian hồi phục của chúng cũng như nhau.
Do đó ở đây ta chỉ tính cường độ hồi phục của các phần tử.
- Thời gian trung bình hồi phục của các phần tử
Thời gian trung bình hồi phục của các phần tử sẽ được xác định như là kỳ vọng toán học của thời gian khôi phục khả năng làm việc của hệ thống kỹ thuật nói chung. Trường hợp thời gian trung bình hồi phục được xác định theo số liệu thống kê thực tế
thì áp dụng công thức sau : TB = r 1 r 1 i Bi t (3.29)
trong đó : r - số lần hư hỏng trong quá trình khảo sát.
tBi - thời gian hồi phục khả năng làm việc của từng phần tử trong lần hỏng thứ i, ngày.
Kết quả tính thời gian trung bình hồi phục của các phần tử trình bày ở bảng 3.6.
Cường độ phục hồi của các phần tử
Tương tự như cách tính toán cường độ hư hỏng, ta có công thức :
TB =
µ 1
(3.30)
Bảng 3.6: Thời gian trung bình hồi phục và cường độ hồi phục của các phần tử
Ký
hiệu Đối tượng Thời gian trung bình
hồi phục, TB (ngày) Cường độ hồi phục µij (ngày-1) X1 Nhóm Piston-T.truyền-T.khủy 8,90 0,1123596 X2 Nhóm co cấu phân phối khí 6,25 0,1600000 X3 Hệ thống nhiên liệu 4,56 0,2192982 X4 Hệ thống bôi trơn 4,65 0,2150538 X5 Hệ thống làm mát 3,67 0,2724796 X6 Hệ thống hỗ trợ máy chính 4,52 0,2212389 X1 Cụm thủy lực HS 7,75 0,1290323 X2 Cụm cơ khí HS 5,90 0,1694915 X1 Khớp nối trục 2,89 0,3460208 X2 Trục chân vịt 6,15 0,1626016 X3 Ổ đỡ trục chân vịt 7,50 0,1333333 X4 Chân vịt 2,20 0,4545455 Thời gian trung bình hồi phục và cường độ hồi phục của các phân hệ
Tương tự như phần trên, đối với hệ thống có các phần tử độc lập, nối tiếp [6],[8] ta có công thức tính thời gian trung bình hồi phục và cường độ hồi phục các phân hệ
µht = n 1 i i i n 1 i i µ λ λ (3.31)
Từ các công thức (3.30) và (3.31) ta xác định được thời gian trung bình hồi phục và cường độ hồi phục của các phân hệ trong hệ động lực tàu thủy, xếp theo thứ tự có
Bảng 3.7 : Thời gian hồi phục và cường độ hồi phục các phân hệ của hệ động lực tàu
Thứ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tự
Ký
hiệu Đối tượng Thời gian trung bình
hồi phục TB (ngày) Cường độ hồi phục µij (ngày-1) 1 X Động cơ chính 5,36 0,186663 2 Z Hệ trục chân vịt 5,46 0,183021 3 Y Hộp số 6,89 0,145069
Khoảng thời gian tính toán t
Đối với thực tế đối tượng nghiên cứu, ở đây là các tàu lưới vây ở tỉnh Bình Định, có thời gian hoạt động trên biển liên tục thông thường vào khoảng từ 22 đến 24 ngày, sau đó tàu sẽ về bến tiêu thụ sản phẩm và chuẩn bị nguyên nhiên vật liệu, lương thực và các thứ cần thiết khác cho chuyến biển tiếp theo, với thời gian khoảng 6 - 8 ngày. Từ cơ sở thực tế đó, chọn thời gian tính toán là theo chuyến biển
t = 24 ngày
Trên cơ sở số liệu thống kê thực tế đã tổng hợp được, áp dụng công thức (3.28) và sử dụng chương trình Excel tính được xác suất hư hỏng của các sự kiện cơ bản Q(xij), Q(yij), Q(zij) (xác suất hư hỏng của các phần tử theo nguyên nhân gây hư
hỏng).
Bảng 3.8 tổng hợp số lượng và xác suất hư hỏng của chúng xếp thứ tự từ thấp đến cao theo từng phần tử
Bảng 3.8 : Số lượng và xác suất hư hỏng của các phần tử hệ động lực theo nguyên nhân gây hỏng
Số lượng vá xác suất hư hỏng Phần
tử Nguyên nhân gây hỏng
Ký
hiệu Số lượng (lượt) Xác suất (1) (2) (3) (4) (5)
Lần sửa chữa trước kém chất lượng x17 10 0,00254 Sai lỗi trong khi khai thác, vận hành x16 21 0,00476 Do môi trường làm việc x11 46 0,01034 X1
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x13 96 0,02101 Sai lỗi trong khai thác, vận hành x26 11 0,00243 Do môi trường làm việc x21 20 0,00426 X2
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x23 81 0,01705 Sai lỗi trong khai thác, vận hành x36 22 0,00471 Do môi trường làm việc x31 39 0,00821 X3
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x33 166 0,03306 Do môi trường làm việc x41 49 0,01032 X4
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x43 138 0,02774 Lần sửa chữa trước kém chất lượng x57 4 0,00072 Do môi trường làm việc x51 73 0,01484 X5
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x53 77 0,01565 Sai lỗi trong khai thác, vận hành x66 26 0,00554 Do môi trường làm việc x61 33 0,00692
Bảo dưỡng không đúng kỹ thuật x65 49 0,01002 X6
Già hóa, hao mòn qua sử dụng x63 63 0,01289
Bảo dưỡng không đúng kỹ thuật y15 28 0,00641 Y1
Già hóa, hao mòn qua sử dụng y13 52 0,01104 Sai lỗi trong khai thác, vận hành y26 14 0,00310 Sai lỗi trong thiết kế lắp đặt y24 23 0,00492 Y2
Già hóa, hao mòn qua sử dụng z13 8 0,00165 Z1
Sai lỗi trong thiết kế, chế tạo và lắp đặt z14 14 0,00301 Do tác động cơ học z22 11 0,00236 Do môi trường làm việc z21 56 0,01173 Z2
Già hóa, hao mòn qua sử dụng z23 63 0,01302 Lần sửa chữa trước kém chất lượng z37 19 0,00410 Do môi trường làm việc z31 77 0,01651 Z3
Già hóa, hao mòn qua sử dụng z33 87 0,01854 Do môi trường làm việ z41 34 0,00707 Do tác động cơ học z42 37 0,00771 Z4
Sai lỗi trong thiết kế, chế tạo và lắp đặt z44 73 0,01478 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.Tính toán xác suất hư hỏng của các phần tử, phân hệ và hệ động lực tàu
Thay giá trị xác suất hư hỏng của các sự kiện cơ bản trình bày trong bảng (3.8) vào các phương trình logic đã xây dựng trong phần tiểu mục (3.1.3.3) ta sẽ tính được xác suất hư hỏng của các phần tử, phân hệ và hệ thống động lực tàu lưới vây khảo sát. Kết quả tính xác suất hư hỏng của các phần tử thuộc các phân hệ bằng phần mềm
Excel xếp theo thứ tự từ thấp đến cao trình bày cụ thể ở bảng 3.9, bảng 3.10, bảng 3.11 Kết quả tính xác suất hư hỏng đối với các phân hệ và hệ động lực tàu ở bảng 3.12.
Bảng 3.9 : Xác suất hư hỏng của các phần tử thuộc phân hệ động cơ chính
Thứ tự Ký hiệu Đối tượng Xác suất hư hỏng (Q) 1 X2 Nhóm cơ cấu phân phối khí 0,02362 2 X5 Hệ thống làm mát 0,03096 3 X6 Hệ thống hỗ trợ máy chính 0,03492 4 X4 Hệ thống bôi trơn 0,03777 5 X1 Nhóm Piton-T/truyền-T/khủy 0,03819 6 X3 Hệ thống nhiên liệu 0,04552
Bảng 3.10 : Xác suất hư hỏng của các phần tử thuộc phân hệ hộp số
Thứ tự Ký hiệu Đối tượng Xác suất hư hỏng (Q)
1 Y2 Cụm cơ khí hộp số 0,01468
2 Y1 Cụm thủy lực hộp số 0,01738
Bảng 3.11 : Xác suất hư hỏng của các phần tử thuộc phân hệ trục chân vịt
Thứ tự Ký hiệu Đối tượng Xác suất hư hỏng (Q) 1 Z1 Khớp nối trục 0,00466
2 Z2 Trục chân vịt 0,02690 3 Z4 Chân vịt 0,02929
4 Z3 Ổ đỡ trục chân vịt 0,03870
Bảng 3.12 : Xác suất hư hỏng của các phân hệ và hệ động lực tàu.
Thứ tự Kí hiệu Đối tượng Xác suất hư hỏng (Q) 1 Y Hộp số 0,031805
2 Z Hệ trục chân vịt 0,096184
3 X Động cơ chính 0,193394
3.5.ĐÁNH GIÁ TÍNH AN TOÀN HỆ ĐỘNG LỰC TÀU LƯỚI VÂY BÌNH ĐỊNH
Căn cứ kết quả tính toán trong các bảng từ (3.1) đến (3.4) và từ (3.9) đến (3.12), có thể rút ra được những nhận xét, đánh giá về tính an toàn cho hệ động lực có sử dụng động cơ Mitsubishi làm máy chính trên tàu cá lưới vây Bình Địnhnhư sau :
3.5.1.Đánh giá tính an toàn của hệ động lực và các phân hệ
Theo sơ đồ cấu trúc, hệ động lực của tàu lưới vây Bình Định là hệ thống nối tiếp nên hệ động lực tàu sẽ ở trạng thái hư hỏng khi một trong các phân hệ của nó hư hỏng.
Do đó theo bảng (3.12), xác suất xảy ra hư hỏng của hệ động lực ở thời điểm nào đó lớn hơn nhiều so với xác suất xảy ra hư hỏng các phân hệ trong hệ động lựcở điểm đó.
Điều này cho thấy khi xác suất xảy ra hư hỏng của một phân hệ tăng thì xác suất xảy
ra hư hỏng của hệ động lực tăng nhiều, tức tính an toàn của hệ thống giảm nhanh chóng. Bảng 3.13 là mức độ an toàn từng phân hệ của hệ động lực tàu trong giai đoạn
khảo sát
Bảng 3.13 : Mức độ an toàn của các phân hệ theo thứ tự từ cao đến thấp.
Mức an toàn (xếp thứ tự từ cao đến thấp) Các phân hệ của hệ động lực
1 Hộp số
2 Hệ trục chân vịt
3 Động cơ chính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở đây nhận thấy, phân hệ hộp số có mức độ an toàn cao nhất, còn động cơ chính
là phân hệ có mức độ an toàn thấp nhất trong hệ, nghĩa là trong hệ động lực tàu thì
động cơ chính là khâu “yếu” nhất nên nguy cơ xảy ra hư hỏng đối với nó là cao nhất.
Do đó khi khai thác cần quan tâm và ưu tiên nâng cao tính an toàn cho động cơ chính,
có kế hoạch, chế độ kiểm tra, bảo dưỡng, thay thế chi tiết, cụm chi tiết theo định kỳ đã xác định theo chỉ tiêu cường độ hỏng và thời gian trung bình làm việc an toàn đã tính.
3.5.2.Đánh giá tính an toàn của các phần từ trong từng phân hệ
1. Đánh giá theo mức độ an toàn.
Tương tự nhận thấy, xác suất xảy ra hư hỏng của các phân hệ tại thời điểm nào
đó lớn hơn nhiều so với xác suất xảy ra hư hỏng các phần tử trong phân hệ ở thời điểm
đó. Nghĩa là, khi xác suất xảy ra hư hỏng của một phần tử nào đó tăng lên thì xác suất
xảy ra hư hỏng của phân hệ cũng tăng lên nhiều và hậu quả là tính an toàn của hệ động
lực sẽ giảm đi một cách tương ứng.
Phân hệ động cơ chính
Mức độ an toàn của các phần tử trong giai đoạn khảo sát xếp theo thứ tự từ cao
đến thấp được thể hiện trong bảng 3.14.
Bảng 3.14 : Mức độ an toàn của các phần tử trong phân hệ động cơ chính
Mức an toàn (xếp theo thứ tự tăng dần) Các phân hệ của động cơ chính
1 Nhóm cơ cấu phân phối khí 2 Hệ thống làm mát 3 Hệ thống hỗ trợ máy chính 4 Hệ thống bôi trơn 5 Nhóm Piton-Thanh truyền-Trục khủy 6 Hệ thống nhiên liệu
Trong phân hệ này, nhóm cơ cấu phân phối khí có mức độ an toàn là cao nhất, tiếp đến là hệ thống làm mát, hệ thống hỗ trợ động cơ chính xếp theo thứ tự tăng dần.
Riêng hệ thống bôi trơn và nhóm piston – thanh truyền – trục khủy có mức độ an toàn gần nhau, cuối cùng là hệ thống nhiên liệu có mức độ an toàn thấp nhất.
Phân hệ hộp số
Bảng 3.15 là mức độ an toàn của các phần tử hộp số trong giai đoạn khảo sát. Trong phân hệ này, cụm thủy lực có mức độ an toàn cao hơn cụm cơ khí của hộp số,
nhưng mức độ chênh lệch giữa chúng không lớn, đông thời theo phần đánh giá mức độ