Tổng quan luận án

Động cơ tua bin khí tàu thủy sở hữu ưu thế về tỷ suất công suất trên trọng lượng và kích thước nhỏ gọn, thường được trang bị trên các tàu cao tốc đặc chủng đòi hỏi công suất hệ động lực lớn. Trong quá trình khai thác, tổ hợp tua bin khí và máy công tác tạo thành cơ hệ rô to làm việc ở tốc độ rất cao (thường trên 10.000 vòng/phút), đặc biệt nhạy cảm với dao động ngang xuất phát từ hiện tượng mất cân bằng rô to. Thực tế khai thác cho thấy các hư hỏng nghiêm trọng của động cơ tua bin khí thường bắt nguồn từ dao động ngang vượt mức cho phép, đồng thời chịu tác động liên hợp của dao động dọc trục và dao động xoắn từ các lực khí động và mô men phụ tải.

Khoảng trống nghiên cứu thực tế tại Việt Nam xuất phát từ việc các hệ thống giám sát dao động thương mại nhập khẩu (như của B&K, Rion, Fluke, Bentley Nevada) có chi phí cao, bảo mật công nghệ, chủ yếu là thiết bị cầm tay 1-2 kênh không hoàn toàn tương thích với đặc thù phức tạp của động cơ tua bin khí tàu thủy. Tại các đơn vị khai thác trong nước, việc theo dõi dao động phần lớn mang tính cảm quan, thiếu thiết bị đo đạc chuyên dụng và cơ sở dữ liệu tham chiếu theo quy chuẩn đăng kiểm.

Luận án xác định mục tiêu và các câu hỏi nghiên cứu cụ thể:

  • Mục tiêu chung: Xây dựng cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để giám sát mức độ dao động trên động cơ tua bin khí tàu thủy tại Việt Nam, tập trung giải quyết hai bài toán kỹ thuật cơ bản:
    1. Bài toán 1: Giám sát cân bằng động rô to của động cơ tua bin khí trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa tại xưởng.
    2. Bài toán 2: Giám sát dao động ngang tại các bệ đỡ động cơ tua bin khí khi hoạt động trực tiếp trên tàu thực tế.
  • Mục tiêu thành phần:
    1. Mô hình hóa ba dạng dao động: dao động ngang, dao động dọc và dao động xoắn trên động cơ tua bin khí tàu thủy.
    2. Tổng hợp cơ sở lý thuyết toán học và thuật giải giám sát dao động ngang do mất cân bằng rô to theo tiêu chuẩn quy phạm.
    3. Xây dựng cấu hình hệ thống đo và giám sát đa kênh, lập trình các mô đun phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu và ra quyết định trên nền tảng LabVIEW và MATLAB.
    4. Thực hiện thử nghiệm trên tàu thực tế để kiểm chứng tính đúng đắn của các mô hình lý thuyết và thuật toán đã đề xuất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị đo, giám sát dao động và các dạng dao động cơ học (dao động ngang, dao động dọc, dao động xoắn) trên động cơ tua bin khí tàu thủy.
  • Phạm vi vật lý: Động cơ tua bin khí DR76 trang bị trên tàu 375 thuộc biên chế Quân chủng Hải quân Việt Nam.
  • Phạm vi học thuật: Mô hình hóa lý thuyết cả ba dạng dao động (ngang, dọc, xoắn); nghiên cứu mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng tập trung vào dao động ngang tại gối đỡ và bệ máy; các dạng dao động xoắn và dọc chỉ dừng lại ở phạm vi thiết lập mô hình toán học.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu quốc tế ghi nhận nhiều công trình nghiên cứu về dao động và chẩn đoán kỹ thuật máy rô to:

  • Minchev và cộng sự (thập niên 1980) thiết lập các mô hình toán - cơ nghiên cứu hư hỏng cặp bánh răng, khớp nối trục, xây dựng mô hình dao động xoắn và dao động liên kết xoắn - chung cho cơ hệ máy rô to và tua bin khí.
  • Barcov và cộng sự tại Saint-Petersburg (Nga) triển khai các dự án chẩn đoán dao động trên tàu quân sự, phân tích thông số dao động trong quá trình khởi động và vận hành, so sánh mô hình tải trọng động phần tử hữu hạn với số liệu thực tế.
  • Charchalis và cộng sự (Học viện Hàng hải Gdynia, Ba Lan) nghiên cứu chẩn đoán hệ động lực tua bin khí tàu hải quân bằng thiết bị phân tích FFT-2148 và phần mềm PULSE V9.0 (Bruel & Kjaer), kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn và động lực học rô to để đánh giá mất cân bằng và lệch trục.
  • McBrien và cộng sự (quân đội Mỹ) công bố phát minh về hệ thống giám sát dao động thời gian thực tích hợp trên động cơ tua bin khí máy bay, chuyển đổi tín hiệu thời gian thực sang dữ liệu phổ để so sánh với tập dữ liệu chuẩn.
  • Ogbonnaya và cộng sự khảo sát việc giám sát trạng thái kỹ thuật chủ động của tua bin khí tàu thủy qua phân tích dao động trục kết hợp mô phỏng máy tính.
  • Zargar (Đại học Công nghệ Nehru, Ấn Độ) công bố nguyên lý phân tích dao động tua bin, máy nén và giám sát tâm trục phục vụ cân bằng động rô to.
  • Các nghiên cứu khác của Adams, Shinkawa, Sinha cũng cung cấp cơ sở quan trọng về động lực học máy quay.

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu liên quan bao gồm:

  • Đỗ Đức Lưu và nhóm nghiên cứu (Trường Đại học Hàng hải Việt Nam) phát triển nền tảng toán học cho cân bằng động rô to cứng, phương pháp ma trận hệ số ảnh hưởng trên 1 và 2 mặt phẳng, mô phỏng dao động gối đỡ máy cân bằng động và ứng dụng công nghệ National Instruments (NI), LabVIEW, MATLAB để chế tạo thiết bị đo đa kênh (MSVMM).
  • Nguyễn Hải Hà và cộng sự (Viện Nghiên cứu Cơ khí) xây dựng hệ thống giám sát dao động kết hợp chất lượng dầu bôi trơn và nhiệt độ cho máy móc công nghiệp.
  • Hoàng Văn Sĩ nghiên cứu đo và biến đổi dao động xoắn động cơ diesel tàu thủy sử dụng tem biến dạng và truyền dữ liệu không dây.
  • Lại Huy Thiện phát triển hệ thống giám sát dao động đa kênh (MSVMM) 16 kênh dùng phần cứng DAQ NI 9234 trên động cơ diesel tàu thủy.

Vị trí và khoảng trống luận án giải quyết: Các công trình trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào động cơ diesel tàu thủy hoặc các tổ hợp máy quay có kết cấu đơn giản, dải tốc độ làm việc thấp (dưới 2.000 vòng/phút). Đối với động cơ tua bin khí tàu thủy—cơ hệ nhiều trục, nhiều tầng cánh quay với tốc độ trên 10.000 vòng/phút—chưa có công trình nào trong nước xây dựng hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết, mô hình thuật toán giám sát và tích hợp hệ thống phần cứng, phần mềm chuyên dụng theo quy phạm đăng kiểm. Luận án lựa chọn giải quyết trọn vẹn khoảng trống này từ khâu mô hình hóa, mô phỏng số đến chế tạo thử nghiệm và đo đạc thực tế trên tàu hải quân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án tiếp cận nghiên cứu bằng phương pháp kết hợp đồng thời giữa mô hình hóa toán học, mô phỏng số và thực nghiệm trên đối tượng thực tế. Cơ sở lý thuyết và phương pháp triển khai bao gồm:

  1. Khung phân tích động lực học cơ hệ tua bin khí:
  • Phân tích động cơ tua bin khí hai trục thành hai cơ hệ độc lập: Cơ hệ Máy nén - Tua bin (máy nén thấp áp MNTA, máy nén cao áp MNCA, tua bin cao áp TBCA, tua bin thấp áp TBTA) và cơ hệ Tua bin chân vịt - Chân vịt (TBCV - CV).
  • Thiết lập phương trình vi phân dao động ngang cho các gối đỡ theo nguyên lý D'Alembert và phương trình Lagrange loại II:

$$M\ddot{X} + D\dot{X} + CX = F(t)$$

Trong đó $M$, $C$, $D$ lần lượt là các ma trận khối lượng, ma trận độ cứng và ma trận hệ số cản của màng dầu, vòng bi và bệ đỡ; $F(t)$ là véc tơ lực kích thích do lực ly tâm mất cân bằng $F_{lt} = m \cdot e \cdot \omega^2$ quy đổi về các gối đỡ. Nghiệm dao động cưỡng bức được giải trong miền phức sử dụng nguyên lý xếp chồng cho các thành phần điều hòa bậc $k$ ($k = 1, Z_1, Z_2$ với $Z_i$ là số cánh tầng công tác):

$$X_k^+ = [T_k]^{-1} F_k^+ \quad \text{với} \quad T_k = C - \omega_k^2 M + j\omega_k D$$

  • Nghiệm dao động tự do được xác định thông qua phương trình đặc trưng:

$$\lambda^2 = M^{-1}C$$

  • Mô hình dao động dọc (DĐD) 3 bậc tự do và mô hình 1 bậc tự do quy đổi: Xác định độ cứng kéo nén dọc trục $C_z = \frac{EA}{l}$ kết hợp độ cứng màng dầu gối chặn $C_{dầu}$ và khối lượng tương đương $m_{GT}$.
  • Mô hình dao động xoắn (DĐX) 2 bậc tự do với mô men quán tính khối lượng $J_1, J_2$, độ cứng xoắn $C$ và hệ số cản xoắn tương đối $K$.
  • Mô hình dao động bệ máy: Tổng hợp lực quy đổi truyền từ 7 vị trí ổ đỡ ($S_1$ đến $S_7$) tương ứng 3 tốc độ quay ($\omega_1, \omega_2, \omega_3$) về 2 bệ đỡ máy ($P_1, P_2$).
  1. Xử lý tín hiệu và chuẩn hóa tham chiếu:
  • Điều kiện lấy mẫu theo định lý Nyquist và tiêu chuẩn ISO 13373-2: Tần số lấy mẫu thỏa mãn $f_S \ge 2 f_k$ (với tốc độ 15.000 vòng/phút, tần số cơ bản 250 Hz, xét đến bậc hài $k=10$ thì $f_S \ge 5.000\text{ Hz}$).
  • Biến đổi và lọc tín hiệu trong miền thời gian: Sử dụng bộ lọc trung bình và lọc trượt trung bình có điều khiển tham số; tính toán các đại lượng đặc trưng gồm giá trị đỉnh (Peak), đỉnh - đỉnh (Peak-to-Peak) và giá trị hiệu dụng (RMS):

$$\text{RMS} = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{j=1}^n V_e(j)^2}$$

  • Biến đổi trong miền tần số: Áp dụng thuật toán biến đổi nhanh Fourier (FFT) và lọc dải $1/3\text{ octave}$ theo tiêu chuẩn IEC 1260:1995 và ANSI S1.11-2004 trên dải tần số từ 1 Hz đến 8.000 Hz. Sử dụng thuật toán nội suy tuyến tính để xác định giá trị giới hạn tiêu chuẩn $L_S(X)(f)$.
  • Quan hệ giữa các thông số dao động: Chuyển đổi giữa chuyển vị ($s$), vận tốc ($v$) và gia tốc ($a$) qua miền tần số nhằm triệt tiêu sai số đạo hàm bậc cao.
  1. Khung pháp quy và nguồn dữ liệu:
  • Lựa chọn Quy phạm Đăng kiểm Hàng hải Nga (RMR - 2016) làm tiêu chuẩn pháp quy chính để thiết lập các ngưỡng đánh giá dao động gia tốc ($m/s^2$) và mức decibel ($dB$), kết hợp tham chiếu quy chuẩn của ABS, DNV-GL, ClassNK, VR, ISO 10816 và ISO 13373-2.
  • Nguồn dữ liệu gồm: Dữ liệu mô phỏng số trên phần mềm LabVIEW/MATLAB và dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp bằng hệ thống đo đa kênh trên tàu 375 tại Quân chủng Hải quân.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở khoa học về giám sát dao động, làm rõ sự khác biệt giữa thuật ngữ "dao động" (oscillations) và "rung động" (vibrations), đồng thời phân định ranh giới chức năng giữa giám sát dao động (theo dõi, cảnh báo mức độ an toàn theo ngưỡng) và chẩn đoán kỹ thuật (xác định nguyên nhân hư hỏng và dự báo tuổi thọ).

Tác giả phân tích 5 nhóm nguyên nhân chính gây dao động trên động cơ tua bin khí tàu thủy:

  1. Mất cân bằng rô to (nguyên nhân cốt lõi, bao gồm cả hư hỏng cánh tua bin).
  2. Hiện tượng lệch tâm trục động cơ và hệ trục truyền động.
  3. Mài mòn các cụm vòng bi hướng trục và hướng tâm.
  4. Sự bất đối xứng về đặc tính đàn hồi và cản của kết cấu rô to.
  5. Sự bất thường của các lực kích động trong dòng khí qua buồng đốt và tầng cánh.

Chương này tổng thuật chi tiết quy định giám sát dao động của các tổ chức đăng kiểm hàng hải quốc tế (ABS, DNV-GL, ClassNK, Lloyds, RMR) và Việt Nam (VR). Trong đó, Quy phạm RMR (2016) được chứng minh là toàn diện nhất khi quy định cụ thể dải tần số đo từ 1 đến 8.000 Hz, vị trí các điểm đo trên thân vỏ, bệ máy và hệ thống ngưỡng cảnh báo. Đánh giá thực trạng tại Việt Nam cho thấy sự thiếu vắng các hệ thống giám sát chuyên dụng trên các tàu quân sự, từ đó xác lập 2 bài toán nghiên cứu chính: giám sát cân bằng động rô to tại xưởng và giám sát dao động ngang tại bệ máy trên tàu thực.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ

Chương 2 tập trung xây dựng hệ thống mô hình toán học động lực học hoàn chỉnh cho động cơ tua bin khí tàu thủy. Tác giả đã thiết lập thành công:

  • Mô hình dao động ngang nhiều bậc tự do cho các cụm gối đỡ đàn hồi - cản dưới tác dụng của lực kích động mất cân bằng tuần hoàn.
  • Mô hình dao động dọc trục xét đến độ cứng kéo nén của trục và màng dầu ổ chặn.
  • Mô hình dao động xoắn 2 bậc tự do chịu tải trọng mô men xoắn biến đổi tuần hoàn.
  • Mô hình dao động tổng hợp truyền từ 7 ổ đỡ trục ($S_1 - S_7$) của 3 cụm rô to quay với các vận tốc khác nhau ($\omega_1, \omega_2, \omega_3$) xuống 2 bệ đỡ máy ($P_1, P_2$).
Dạng dao động Số bậc tự do / Phần tử chính Nguồn lực kích thích chính Phương pháp giải / Biến đổi
Dao động ngang (DĐN) Cơ hệ 2 khối lượng gối đỡ và bệ Lực ly tâm mất cân bằng $F_{lt} = me\omega^2$ Nguyên lý D'Alembert, ma trận truyền miền phức $T_k$
Dao động dọc (DĐD) 3 bậc tự do (MN, TB, ổ chặn) quy đổi về 1 bậc tự do Lực khí động dọc trục từ profile cánh Biến dạng đàn hồi tương đương $C_z = EA/l$ kết hợp $C_{dầu}$
Dao động xoắn (DĐX) 2 bậc tự do ($J_1, J_2$) Mô men xoắn biến thiên $M_1(t), M_2(t)$ Phương pháp xếp chồng điều hòa trong miền phức
Dao động bệ máy 2 bệ đỡ liên hợp ($P_1, P_2$) Lực tổng hợp quy đổi từ 7 gối đỡ rô to Cân bằng lực và mô men tĩnh học quy đổi

Chương 2 cũng thiết lập cơ sở lý thuyết xử lý tín hiệu số: thuật toán lấy mẫu theo tiêu chuẩn ISO 13373-2, kỹ thuật lọc số (lọc trung bình, lọc trượt), phân tích phổ FFT, lọc băng thông $1/3\text{ octave}$ theo IEC 1260:1995, và quan hệ chuyển đổi giải tích giữa chuyển vị, vận tốc và gia tốc dao động. Tác giả xây dựng mô hình thuật toán ra quyết định giám sát và mô hình hồi quy đa biến nhằm đánh giá độ tin cậy của dữ liệu mô phỏng cân bằng động rô to đặt trên máy cân bằng nằm ngang.

Chương 3: Mô phỏng giám sát dao động ngang trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ DR76

Chương 3 triển khai thí nghiệm số và mô phỏng dao động cho đối tượng cụ thể là động cơ tua bin khí DR76. Tác giả tổng hợp các thông số kỹ thuật, cấu tạo các cụm máy nén thấp áp (MNTA), máy nén cao áp (MNCA), tua bin cao áp (TBCA), tua bin thấp áp (TBTA) và tua bin chân vịt (TBCV).

Nội dung mô phỏng số bao gồm:

  • Tính toán tần số dao động tự do và lực mất cân bằng của các cụm rô to trên động cơ DR76 bằng các thuật toán giải tích ma trận trong MATLAB.
  • Xây dựng công cụ ảo (VI - Visual Instruments) trên nền tảng LabVIEW với giao diện điều khiển (Front Panel) và sơ đồ khối (Block Diagram) để mô phỏng dao động ngang đa điều hòa có thành phần nhiễu trắng của rô to MNTA. Đánh giá độ tin cậy về pha và biên độ của tín hiệu mô phỏng.
  • Xây dựng mô đun mô phỏng cân bằng động rô to trên máy cân bằng động 2 mặt phẳng: Tính toán khối lượng thử, xác định lượng mất cân bằng dư qua 3 lần thử nghiệm số, kiểm chứng hiệu quả cân bằng và xây dựng mô hình hồi quy đa biến đánh giá mức độ mất cân bằng.
  • Xây dựng thuật toán mô phỏng giám sát dao động cho phép: Hàm hóa các đường đặc tính dao động giới hạn theo tiêu chuẩn RMR (2016) trên dải tần từ 1 đến 8.000 Hz, lập trình mô đun tự động so sánh phổ tín hiệu với hai ngưỡng cảnh báo (Ngưỡng A và Ngưỡng B) để hiển thị trạng thái dao động hiện hành của động cơ theo đơn vị gia tốc ($m/s^2$) và decibel ($dB$).

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ

Chương 4 trình bày quá trình xây dựng cấu hình phần cứng, phát triển phần mềm và tiến hành thực nghiệm đo đạc dao động trên tàu thực tế:

  1. Cấu hình hệ thống thực nghiệm:
  • Thiết bị thu thập dữ liệu: Khung cDAQ tích hợp mô đun thu thập tín hiệu động đa kênh NI 9234 của hãng National Instruments (tốc độ lấy mẫu lên đến 51.200 mẫu/giây/kênh, tích hợp bộ biến đổi tương tự - số ADC độ phân giải cao).
  • Cảm biến đo: Sử dụng các cảm biến gia tốc công nghiệp loại IMI Series 640 gắn tại các vị trí bệ đỡ của động cơ tua bin khí DR76.
  • Phần mềm điều khiển: Lập trình hoàn chỉnh trên môi trường LabVIEW (sử dụng gói Sound and Vibration Toolkit - SVT) để thu thập dữ liệu đa kênh thời gian thực, lưu trữ tệp tín hiệu và thực hiện phân tích phổ trực tuyến/ngoại tuyến.
  1. Quá trình đo đạc và kết quả thực nghiệm:
  • Bố trí các điểm đo gia tốc tại bệ đỡ động cơ DR76 phía mạn trái và mạn phải trên tàu 375 thuộc Quân chủng Hải quân.
  • Thu thập dữ liệu dao động ở các chế độ vòng quay công tác thực tế: 13.500 vòng/phút (RPM), 13.800 RPM và 14.000 RPM.
  • Lưu trữ các tệp tín hiệu gia tốc thô dạng chuỗi thời gian và thực hiện phân tích phổ FFT, lọc $1/3\text{ octave}$ cho các kênh đo (tiêu biểu là kênh ACC2 và ACC3).
  • Kết quả giám sát ngoại tuyến tại tốc độ 13.500 RPM cho thấy mức dao động gia tốc đo được tại các gối đỡ và bệ máy đều nằm trong giới hạn an toàn khi so sánh trực tiếp với hai ngưỡng tiêu chuẩn A và B của Quy phạm Đăng kiểm Hàng hải Nga (RMR - 2016), biểu diễn đồng thời theo thang đo gia tốc ($m/s^2$) và thang logarit ($dB$).

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đạt được các kết quả khoa học và đóng góp mới cụ thể:

  • Đóng góp về mặt lý luận và phương pháp:

    1. Tổng hợp và đề xuất hệ thống mô hình toán học động lực học hoàn chỉnh cho ba dạng dao động (ngang, dọc, xoắn) và dao động truyền bệ máy của động cơ tua bin khí tàu thủy nhiều trục.
    2. Thiết lập phương pháp mô phỏng số tích hợp mô hình hồi quy đa biến để đánh giá, hiệu chỉnh và hoàn thiện thuật toán cân bằng động rô to tua bin khí trên máy cân bằng.
    3. Hàm hóa thành công tiêu chuẩn đăng kiểm RMR (2016) trên toàn dải tần số 1 - 8.000 Hz kết hợp bộ lọc $1/3\text{ octave}$, giải quyết bài toán ra quyết định giám sát trạng thái dao động tự động.

  • Đóng góp về mặt thực tiễn và công nghệ:

    1. Thiết kế và chế tạo thành công cấu hình hệ thống đo và giám sát dao động đa kênh trên cơ sở tích hợp phần cứng hiện đại (NI 9234, cảm biến IMI Series 640) và phần mềm chuyên dụng lập trình trên LabVIEW.
    2. Lần đầu tiên tại Việt Nam thực hiện đo đạc, lưu trữ và đánh giá thành công trạng thái dao động của động cơ tua bin khí DR76 trực tiếp trên tàu hải quân (tàu 375) ở các chế độ tải cao (lên đến 14.000 RPM).
    3. Khẳng định sự phù hợp và độ tin cậy của mô hình lý thuyết thông qua sự tương thích giữa kết quả mô phỏng số và số liệu thực nghiệm trên tàu thực tế.

  • Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

    1. Ứng dụng hệ thống phần cứng và phần mềm đã phát triển để cải hoán, thay thế các mô đun giám sát rung động đã hư hỏng trên các tàu hải quân sử dụng hệ động lực tua bin khí.
    2. Đưa mô đun phần mềm mô phỏng cân bằng động và giám sát dao động vào chương trình đào tạo, huấn luyện kỹ thuật tại các học viện, nhà trường và cơ sở bảo đảm kỹ thuật của Quân chủng Hải quân.
    3. Mở rộng cơ sở dữ liệu giám sát định kỳ trên các tàu chiến đấu nhằm xây dựng hệ thống chẩn đoán kỹ thuật và dự báo hư hỏng sớm cho hệ động lực tua bin khí.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:

    1. Luận án chỉ tiến hành mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng đối với dạng dao động ngang tại bệ máy và bài toán cân bằng động; các mô hình dao động xoắn và dao động dọc trục mới dừng lại ở phạm vi thiết lập lý thuyết toán học do khó khăn về vị trí lắp đặt cảm biến chuyên dụng trên động cơ thực tế.
    2. Việc thực nghiệm trên tàu thực tế (tàu 375) bị giới hạn về thời gian chạy máy và số lượng chế độ tải do yêu cầu nghiêm ngặt về quản lý kỹ thuật và an toàn trang bị quân sự.

  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:

    1. Nghiên cứu giải pháp công nghệ lắp đặt cảm biến đo dao động xoắn và dao động dọc trên trục động cơ tua bin khí để tiến hành thực nghiệm kiểm chứng đồng thời cả ba dạng dao động.
    2. Mở rộng thuật toán từ giám sát ngưỡng sang chẩn đoán tự động các dạng hư hỏng phức tạp khác như mòn ổ đỡ, nứt cánh tua bin, lệch trục và các hiện tượng bất thường của dòng khí động.

Giá trị tham khảo

Công trình luận án mang lại giá trị tham khảo chuyên môn trong các lĩnh vực:

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực, Kỹ thuật Tàu thủy, Kỹ thuật Cơ điện tử: Luận án cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp thiết lập phương trình vi phân dao động nhiều bậc tự do cho máy rô to phức tạp (Chương 2), thuật toán xử lý tín hiệu số FFT kết hợp lọc $1/3\text{ octave}$, và kỹ thuật lập trình thiết bị ảo trên môi trường LabVIEW và MATLAB (Chương 3).
  • Đối với kỹ sư, cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy đóng tàu, cơ sở sửa chữa và các đơn vị kỹ thuật thuộc Quân chủng Hải quân: Nội dung Chương 4 cung cấp sơ đồ bố trí cảm biến, cấu hình thiết bị thu thập dữ liệu NI 9234, quy trình đo đạc thực tế trên tàu và phương pháp tham chiếu ngưỡng giới hạn theo Quy phạm RMR (2016) để đánh giá mức độ an toàn của động cơ tua bin khí trong quá trình khai thác và thử nghiệm sau sửa chữa.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân chính gây ra dao động vượt mức trên động cơ tua bin khí tàu thủy theo luận án là gì? Theo tổng quan và phân tích động lực học của luận án, nguyên nhân kích động chính và nguy hiểm nhất gây ra dao động ngang trên động cơ tua bin khí là hiện tượng mất cân bằng của các cụm rô to quay ở tốc độ cao (trên 10.000 vòng/phút), đi kèm với các nguyên nhân phụ trợ như lệch tâm trục, mòn ổ đỡ và bất đối xứng của dòng khí động.

2. Luận án sử dụng tiêu chuẩn, quy phạm nào để xây dựng các ngưỡng đánh giá giới hạn dao động? Luận án lựa chọn Quy phạm Đăng kiểm Hàng hải Nga (RMR - 2016) làm cơ sở pháp quy chính, do tiêu chuẩn này quy định đầy đủ nhất về dải tần số giám sát (từ 1 Hz đến 8.000 Hz), vị trí điểm đo và các mức giới hạn dao động cho phép đối với động cơ tua bin khí tàu thủy theo dạng gia tốc ($m/s^2$) và mức decibel ($dB$).

3. Cấu hình phần cứng và phần mềm của hệ thống giám sát dao động đa kênh gồm những thành phần nào? Hệ thống gồm phần cứng thu thập dữ liệu là khung cDAQ tích hợp mô đun NI 9234 (hãng National Instruments) với tốc độ lấy mẫu 51.200 mẫu/giây/kênh, kết hợp các cảm biến gia tốc công nghiệp IMI Series 640. Phần mềm thu thập, xử lý và giám sát được lập trình hoàn chỉnh trên môi trường LabVIEW (tích hợp gói Sound and Vibration Toolkit - SVT) và các thuật toán tính toán bổ trợ trên MATLAB.

4. Đối tượng thực nghiệm thực tế của luận án được tiến hành trên loại động cơ và con tàu nào? Thực nghiệm đo đạc và kiểm chứng trạng thái dao động được thực hiện trực tiếp trên động cơ tua bin khí DR76 lắp đặt tại bệ máy mạn trái và mạn phải của tàu 375 thuộc biên chế Quân chủng Hải quân Việt Nam ở các chế độ vòng quay 13.500 RPM, 13.800 RPM và 14.000 RPM.

5. Vì sao nghiên cứu sinh chỉ thực hiện thực nghiệm đối với dao động ngang mà không thực nghiệm dao động xoắn và dao động dọc? Do đặc thù kết cấu kín và không gian lắp đặt chật hẹp của động cơ tua bin khí tàu thủy, việc gắn các cảm biến đo dao động xoắn (như tem biến dạng truyền sóng không dây) và cảm biến dao động dọc trục gặp nhiều rào cản kỹ thuật và nguy cơ mất an toàn trong vận hành máy thực tế. Do đó, luận án tập trung giải quyết trọn vẹn phần thực nghiệm cho dao động ngang (dạng dao động nhạy cảm nhất) và phân tích lý thuyết đối với hai dạng dao động còn lại.

Kết luận

Luận án "Nghiên cứu giám sát dao động trên động cơ tua bin khí tàu thuỷ" của tác giả Lưu Minh Hải là một công trình nghiên cứu hoàn chỉnh, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết động lực học máy rô to, kỹ thuật xử lý tín hiệu số hiện đại và thực nghiệm trên tàu quân sự thực tế. Công trình đã xây dựng thành công mô hình toán học cho các dạng dao động cơ bản, phát triển phần mềm mô phỏng cân bằng động và giám sát trạng thái dao động theo Quy phạm RMR (2016) trên nền tảng LabVIEW. Kết quả thực nghiệm trên động cơ tua bin khí DR76 của tàu 375 đã khẳng định tính đúng đắn của phương pháp đề xuất, đóng góp cơ sở khoa học và giải pháp công nghệ trực tiếp phục vụ công tác quản lý, khai thác kỹ thuật và làm chủ trang thiết bị hệ động lực tàu thủy tại Việt Nam.