BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG  BÙI XUÂN NAM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÀ TÍNH AN TOÀN CỦA HỆ ĐỘNG LỰC KHI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BỘ MITSUBISHI LÀM MÁY CHÍNH TRÊN TÀU LƯỚI VÂY TỈNH BÌNH ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nha Trang- năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG  BÙI XUÂN NAM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÀ TÍNH AN TOÀN CỦA HỆ ĐỘNG LỰC KHI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BỘ MITSUBISHI LÀM MÁY CHÍNH TRÊN TÀU LƯỚI VÂY TỈNH BÌNH ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THUỶ MÃ NGÀNH 60-52-32 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN GIA THÁI Nha Trang-năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Bùi Xuân Nam, học viên lớp Cao học Kỹ thuật Tàu thủy, niên khóa 2006-2009, xin cam đoan: Mọi tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng trong luận văn này là trung thực, hợp lệ và chính xác, không vi phạm pháp luật. Nội dung luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Gia Thái. Bùi Xuân Nam LỜI CẢM ƠN Luận văn được thực hiện và hoàn thành trong một thời gian dài với sự giúp đỡ và hướng dẫn chân tình của Thầy giáo TS Trần Gia Thái; sự rèn luyện, trau dồi kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập của các Thầy, Cô trong Khoa Kỹ thuật tàu thủy; sự quan tâm, chăm sóc và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong học tập, công tác của Sở Thủy Sản ( nay là Sở Nông nghiệp và PTNN Bình Định), Hợp phần dự án SCAFI; sự giúp đỡ nhiệt thành của các bạn đồng môn và đặc biệt là sự giúp đỡ hết mình của Lãnh đạo và cán bộ Chi cục Khai thác và Bảo vệ nguồn lợi Thủy sản Bình Định; Các cơ sở sửa chữa máy thủy Vĩnh Lợi, Tuấn Đạt, các Chủ tàu, Thuyền trưởng, Máy trưởng… đã cung cấp chính xác và đầy đủ các tài liệu, dữ liệu để tôi thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn quí Thầy, Cô và tất cả mọi người đã giúp đỡ, động viên tôi hoàn thành luận văn này. MỤC LỤC Trang Lời cam đoan I Lời cảm ơn II Mục lục III Mở đầu 1 Chương 1: Đặt vấn đề 6 1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu 6 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8 1.3 Tình hình khai thác thủy sản và đội tàu Bình Định 11 1.4 Mục đích, phương pháp và giới hạn nội dung 16 Chương 2: Phương pháp đánh giá hiệu quả và tính an toàn hệ động lực tàu thủy 17 2.1 Phương pháp đánh giá tính an toàn hệ động lực tàu thủy 17 2.1.1 Nhóm các phương pháp giải tích 17 2.1.2 Nhóm phương pháp mô hình 19 2.2 Phương pháp phân tích cây hư hỏng 21 2.2.1 Khả năng sử dụng phương pháp phân tích cây hư hỏng đánh giá tính an toàn của hệ thống kỹ thuật 21 2.2.2 Những khái niệm cơ bản được sử dụng trong phương pháp 23 2.2.3 Phương pháp xây dựng cây hư hỏng và hàm logic mô tả độ tin cậy 26 2.2.4 Tính xác suất hư hỏng đỉnh 27 2.2.5 Một số ứng dụng thực tiễn của phương pháp phân tích cây hư hỏng 28 2.3 Phương pháp đánh giá hiệu quả sử dụng 28 Chương 3: Kết quả nghiên cứu 33 3.1 Đặc điểm tàu lưới vây ở Bình Định 33 3.2 Xây dựng mô hình cây hư hỏng 36 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 36 3.2.2 Sơ đồ cấu trúc 37 3.2.3 Phân tích và lựa chọn mô hình cây hư hỏng 41 3.1.4 Xây dựng mô hình cây hư hỏng cho đối tượng nghiên cứu 43 3.3 Phân tích và xử lý số liệu thống kê thực tế 50 3.3.1 Lập danh sách và lựa chọn số tàu khảo sát 50 3.3.2 Phương pháp và thòi gian khảo sát 51 3.3.3 Xây dựng biểu mẫu thống kê 52 3.3.4 Phân tích các số liệu thống kê 52 3.3.5 Xây dựng cây hư hỏng của hệ động lực tàu lưới vây Bình Định 55 3.3.6 Tính xác suất hư hỏng của hệ động lực tàu theo sơ đồ cây hư hỏng 57 3.4 Kết quả tính toán 62 3.4.1 Các chỉ tiêu cơ bản về tính an toàn 62 3.4.2 Thời gian làm việc an toàn và cường độ hư hỏng của các phần tử 63 3.4.3 Thời gian làm việc an toàn và cường độ hư hỏng của các phân hệ 66 3.4.4 Xác suất làm việc không hỏng 67 3.5 Đánh giá tính an toàn của hệ động lực tàu lưới vây Bình Định 77 3.5.1 Đánh giá tính an toàn của hệ động lực và các phân hệ 77 3.5.2 Đánh giá tính an toàn của các phần tử trong từng phân hệ 78 3.6 Đánh giá hiệu quả sử dụng của động cơ Mitsubishi làm máy chính trên tàu đánh cá lưới vây Bình Định 81 3.6.1 Khái niệm hiệu quả sử dụng động cơ 81 3.6.2 Tính toán hiệu quả sử dụng 83 Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao an toàn và hiệu quả sử dụng 90 4.1 Tính chọn chân vịt phù hợp máy chính 91 4.2 Cải hoán, vận hành, bảo dưỡng hệ thống làm mát 99 4.3 Cải tiến bánh đà 103 Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến 105 Tài liệu tham khảo 109 Phụ lục 111 1 MỞ ĐẦU Với hơn 3.260 km bờ biển và trên 1 triệu km 2 vùng biển đặc quyền kinh tế, Việt Nam là một trong những nước có tiềm năng rất lớn về khai thác thủy sản. Trong thực tế, nghề cá nước ta được đánh giá là ngành kinh tế - kỹ thuật đặc thù với hai ngành nghề cơ bản hiện nay là khai thác thủy sản và nuôi trồng thủy sản, trong đó ngành khai thác thủy sản phát triển khá mạnh đem lại công ăn việc làm cho ngư dân địa phương, góp phần không nhỏ trong công cuộc đổi mới đất nước, phát triển kinh tế và bảo vệ an ninh quốc phòng trên vùng biển của Việt Nam. Riêng đối với tỉnh Bình Định, một trong các địa phương nghề cá ở miền Trung có nhiều thuận lợi trong phát triển ngành khai thác thủy sản với trên 130 km chiều dài bờ biển hướng ra biển Đông, vùng đặc thù kinh tế biển trải dài từ 13 0 32’ đến 14 0 43’ vĩ độ Bắc, giáp vùng biển hai tỉnh Quảng Ngãi và Phú Yên. Với đặc điểm địa lý thích hợp như vậy nên khai thác thủy sản chính là thế mạnh và truyền thống lâu đời của ngư dân Bình Định đã để lại rất nhiều kinh nghiệm quí báu trong khai thác thủy sản, đặc biệt là các ngành nghề khai thác phổ biến như nghề vây nghề vây rút chì, câu vàng cá ngừ đại dương, câu mực, giã v…v… Nhận thức đúng đắn điều này, trong Đại hội Đảng bộ lần thứ 12 của Bình Định đã xác định rõ khai thác thủy sản là ngành kinh tế mũi nhọn cần được phát huy, trước tiên là củng cố và phát triển đội tàu đánh bắt thủy sản công suất máy lớn, áp dụng và đẩy mạnh việc cơ giới hóa các máy móc, công cụ khai thác trên tàu. Trong tổng sản lượng trên 100.000 tấn hải sản đánh bắt được hàng năm thì 60% là của đội tàu đánh lưới vây đạt được, với nhiều loại hải sản có giá trị kinh tế cao. Điều đó đã nói lên tầm quan trọng của đội tàu đánh lưới vây trong việc thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Bình Định nói riêng và ngành thủy sản Việt Nam nói chung. Mặc dù có vai trò quan trọng nhưng trên thực tế hiện nay, hầu hết máy chính trên các tàu lưới vây đều sử dụng động cơ Mitsubishi loại động cơ bộ đã qua sử dụng, làm nảy sinh nhiều vấn đề về tính an toàn của con tàu cần quan tâm giải quyết và do chính là cơ sở để chúng tôi đề xuất thực hiện luận văn với tên gọi như đã nêu. 2 Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Như đã biết, đánh bắt thủy sản là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước nói chung và của các địa phương nghề cá như Bình Định nói riêng, trong đó sản lượng của đội tàu đánh bắt cá bằng lưới vây chiếm vào khoảng 60% trong tổng sản lượng 100.000 tấn hải sản đánh bắt được hàng năm của cả nước. Với số lượng tàu đánh bắt thủy sản của nước ta hiện nay có trên 80.000 chiếc, phân bố dọc theo chiều dài bờ biển trên 3.200 km ở 29 tỉnh thành trong cả nước, thì việc nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và đảm bảo an toàn cho đội tàu đánh bắt thủy sản là vấn đề có vai trò và ý nghĩa quan trọng. Thực tế cho thấy, hầu hết tàu đánh bắt thủy sản hiện nay ở nước ta nói chung và Bình Định nói riêng là tàu vỏ gỗ đóng theo kinh nghiệm dân gian truyền thống, với chủng loại máy chính lắp trên tàu rất đa dạng và công suất ngày càng cao. Riêng ở tỉnh Bình Định, máy chính lắp trên đa số tàu trong thời gian trước đây thường là những động cơ thủy chuyên dụng của các hãng Yanmar, Daiya v v… có công suất vào khoảng (30 – 70) mã lực với hàng trăm chủng loại khác nhau. Cùng với sự phát triển đội tàu đánh bắt thủy sản, hầu hết các tàu hiện nay đều lắp máy công suất lớn của Nhật, Hàn Quốc như Mitsubishi, Hino, Hyundai v v…, trong đó thông dụng nhất là động cơ Mitsubishi của Nhật, chiếm khoảng 25% lượng tàu toàn tỉnh và 40% lượng tàu khai thác nghề vây rút chì đang hoạt động. Điểm đặc biệt là chủng loại máy chính trên tàu lưới vây Bình Định khá đa dạng, nhiều nhất là động cơ bộ, động cơ lai máy phát điện Mitsubishi đã qua sử dụng. Do giá thành khá rẻ và phần nào cũng đáp ứng được những yêu cầu của nghề nên việc sử dụng loại động cơ cũ dạng này để làm máy chính trên các tàu lưới vây bước đầu đã mang lại một số lợi ích kinh tế trước mắt cho ngư dân địa phương. 3 Tuy nhiên, thực tế sử dụng loại động cơ bộ hiệu Mitsubishi đã qua sử dụng làm máy chính trên tàu đánh cá nói chung và tàu lưới vây nói riêng ở Bình Định đã xuất hiện nhiều vấn đề cần phải quan tâm như sau :  Cơ sở bán chỉ có một số ít chủng loại máy nhất định, không rõ nguồn gốc trong khi việc mua máy chỉ dựa theo kinh nghiệm hoặc ý kiến người bán, nên việc lựa chọn một động cơ phù hợp, nhất là động cơ công suất lớn để làm máy chính, thỏa mãn được các điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, xã hội đang là một vấn đề nan giải đối với ngư dân.  Nhằm mục đích giảm bớt vốn đầu tư ban đầu, đa số ngư dân đều sử dụng động cơ bộ cải tiến hoặc động cơ cũ làm máy chính, trong khi kiến thức khai thác động cơ còn yếu nên có thể gây ra tai nạn rất đáng tiếc.  Do không tính được đầy đủ chi phí và hiệu quả kinh tế nên việc sử dụng động cơ cũ, động cơ bộ cải tiến như hiện nay có thể có lợi ích trước mắt, nhưng xét cả quá trình lâu dài có thể sẽ gây nhiều thiệt hại về tính an toàn và lợi nhuận khai thác thực tế, do đó cần có những nghiên cứu cụ thể nhằm đánh giá việc sử dụng loại động cơ này trên tàu đánh cá nói chung và các tàu lưới vây Bình Định nói riêng, làm cơ sở khoa học vững chắc cho các quyết định của các cơ quan quản lý và ngư dân địa phương trong việc cho phép hay không tiếp tục sử dụng loại động cơ này.  Cần có những giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu quả khai thác đối với các tàu đã lắp động cơ bộ cũ nói chung và họ động cơ Mitsubishi nói riêng. Xuất phát từ những lý do trên đây, chúng tôi đã đề xuất thực hiện luận văn “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả và tính an toàn của hệ động lực sử dụng động cơ bô Mitsubishi làm máy chính trên tàu lưới vây tỉnh Bình Định” với mong muốn đánh giá đúng đắn về độ tin cậy và hiệu quả sử dụng động cơ bộ đã qua sử dụng làm máy chính tàu, góp phần nâng cao tính an toàn và hiệu quả kinh tế đối với đội tàu đánh bắt thủy sản hiện nay ở nước ta nói chung và ở Bình Định nói riêng. 4 1.2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1. Ở nước ngoài Phương pháp phân tích cây hư hỏng (Fault Tree Analysis - FTA) đã được hình thành và phát triển từ những năm đầu của thập niên 60 của thế kỷ 20 trong chương trình không gian và tên lửa của Mỹ [16]. Theo P.L. Clemens (February, 2002)[19] và Jianwen Xiang (Sept. 2005) [15] thì vào năm 1961, phương pháp này đuợc H.A. Watson, tại Bell Telephone Laboratorie giới thiệu lần đầu tiên cho U.S Air Force, sau đó các chuyên gia của Boing Company tiếp tục nghiên cứu, phát triển và ứng dụng nó trong các lĩnh vực của công ty và họ đã chính thức trở thành những người khai sinh ra phương pháp này. Đến giữa thập niên 60, công dụng của phương pháp phân tích cây hư hỏng đã được khẳng định và từ đó đến nay, nó được xem như là một phương pháp phổ biến trong nghiên cứu khoa học, đã có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau ở Mỹ và các nước phương Tây như ngành hàng không vũ trụ, điện tử, công nghiệp nguyên tử, hoá chất…[15], [16]. Hiện nay phương pháp phân tích cây hư hỏng là một trong những phương pháp kỹ thuật quan trọng nhất thuộc lĩnh vực logic và xác suất thống kê mà cơ quan quản lý hàng không và vũ trụ quốc gia Mỹ (NASA) đã sử dụng trong đánh giá xác suất rủi ro và độ tin cậy của hệ thống [16]. Theo Dr. Michael Stamatelatos và Mr. Jose’ Caraballo, thì ngay từ rất sớm, vấn đề phân tích mức độ rủi ro và độ tin cậy của phi thuyền Apollo đã được đặt ra và nghiên cứu; tuy nhiên, chỉ từ sau vụ tai nạn phi thuyền Challenger 1986, tính chất quan trọng của phương pháp phân tích cây hư hỏng trong phân tích, đánh giá mức độ rủi ro và độ tin cậy của các hệ thống mới được nhận thức đầy đủ. Trong lĩnh vực công nghiệp hạt nhân, người ta cũng bắt đầu áp dụng biện pháp đánh giá xác suất rủi ro để đánh giá tính an toàn sau vụ tai nạn Three Mile Island vào năm 1979. Năm 1981, US Nuclear Regulatory Commission (NRC) đã xuất bản cuốn Fault Tree Handbook, NUREG-0492 nhằm đáp ứng yêu cầu tài liệu cho các khoá đào tạo về tính an toàn và độ tin cậy của các hệ thống trong lĩnh vực công nghiệp hạt nhân, [...]... lực các tàu lưới vây ở Bình Định có sử dụng động cơ Mitsubishi làm máy chính nhằm phục vụ việc nghiên cứu vấn đề đặt ra  Đánh giá hiệu quả sử dụng động cơ bộ Mitsubishi làm máy chính trên tàu lưới vây Bình Định  Đánh giá tính an toàn và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu quả khai thác đối với các tàu lưới vây Bình Định có sử dụng động cơ bộ đã qua sử dụng làm máy chính. .. nghiên cứu Chương 4 : Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao an toàn và hiệu quả sử dụng Chương 5 : Kết luận và đề xuất ý kiến 12 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÀ TÍNH AN TOÀN HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2.1.PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH AN TOÀN HỆ ĐỘNG LỰC TÀU Thực tế có khá nhiều phương pháp dùng nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy, tính an toàn của thiết bị, hệ thống kỹ thuật nói chung và hệ động lực tàu. .. ở Bình Định hiện nay, luận văn chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá tính an toàn và hiệu quả sử dụng cho hệ động lực của các tàu lưới vây có sử dụng động cơ bộ cũ hiệu Mitsubishi làm máy chính ở Bình Định Với cách đặt vấn đề như thế, nội dung luận văn được sắp xếp thành năm chương Chương 1 : Đặt vấn đề Chương 2 : Phương pháp đánh giá hiệu quả và tính an toàn hệ động lực tàu thủy Chương 3 : Kết quả nghiên. .. cao tính an toàn và hiệu quả sử dụng tàu Với cách đặt vấn đề như thế, luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung như sau:  Nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy phù hợp dùng nghiên cứu đánh giá tính an toàn trong quá trình khai thác hệ động lực tàu thủy nói chung và động cơ chính tàu thủy nói riêng  Xây dựng phương pháp và tiến hành thu thập số liệu thống kê thực tiễn đối với hệ động lực. .. toàn của việc sử dụng các động cơ bộ cũ làm máy chính trên tàu lưới vây ở Bình Định Về mặt lý thuyết, có thể giải quyết vấn đề đặt ra bằng cách sử dụng phương pháp đánh giá độ tin cậy, kết hợp với các số liệu thông kê thực tế tình hình khai thác các động cơ bộ đã qua sử dụng làm máy chính trên các tàu lưới vây ở Bình Định để tính các chỉ tiêu về tính an toàn cần thiết và dựa trên cơ sở đó đề xuất những... giới thiệu về ứng dụng của phương pháp này đăng trên các tạp chí như: Đánh giá tính an toàn của hệ động lực tàu thủy bằng tập mờ và phân tích cây hư hỏng của TS Nguyễn Thạch (2005) [6]; phân tích cây hư hỏng và phương pháp logic xác suất đánh giá độ tin cậy của hệ thống động lực tàu thủy của tác giả Nguyễn Trung Hải (2004) [8] Nhìn chung, do tác động của nhiều yếu tố khác nhau nên việc nghiên cứu và vận... trên cơ sở sử dụng đồ thị và đại số logic để mô tả mối quan hệ giữa các phần tử khác nhau trong hệ thống và sử dụng mối quan hệ này để đánh giá khả năng xảy ra các hư hỏng, mối quan hệ giữa các dạng hư hỏng trong hệ thống và hư hỏng của những chi tiết thành phần Do đó phân tích cây hư hỏng là một trong những phương pháp sử dụng phổ biến trong phân tích, đánh giá tính an toàn và độ tin cậy của các hệ. .. đánh giá về tính an toàn của tời thủy lực dạng Gilson [13] Công trình nghiên cứu ứng dụng của các tác giả A Pillay và J.Wang trong quá trình phân tích và đánh giá về tính an toàn của tời thủy lực dạng Gilson [13], trong đó các tác giả đã sử dụng phương pháp phân tích cây hư hỏng, kết hợp với phương pháp tập mờ để đánh giá an toàn của hệ thống tời thủy lực dạng Gilson, dùng trên tàu lưới kéo đại dương... thuật Đánh giá độ tin cậy của hệ thống động lực các tàu vận tải biển Việt Nam có sử dụng động cơ 6L350PN bằng phương pháp logic xác suất [7], bài báo Đánh giá tính an toàn của hệ động lực tàu thủy bằng tập mờ và phân tích cây hư hỏng của TS Nguyễn Thạch đăng trên tạp chí Giao thông vận tải số 5, năm 2005[6] hay bài báo Phân tích cây hư hỏng và phương pháp logic xác suất đánh giá độ tin cậy hệ thống động. .. thác hệ động lực tàu Từ những đặc điểm và yêu cầu đặt ra trong quá trình đánh giá tính an toàn của hệ động lực tàu có thể nhận thấy phương pháp cây hư hỏng là phù hợp nhất Do đó trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày kỹ hơn về phương pháp này và ứng dụng nó trong đánh giá tính an toàn của tàu lưới vây ở tỉnh Bình Định 16 2.2.PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÂY HƯ HỎNG 2.2.1 Khả năng sử dụng phương pháp . an toàn của hệ động lực sử dụng động cơ bô Mitsubishi làm máy chính trên tàu lưới vây tỉnh Bình Định với mong muốn đánh giá đúng đắn về độ tin cậy và hiệu quả sử dụng động cơ bộ đã qua sử dụng. 3.6 Đánh giá hiệu quả sử dụng của động cơ Mitsubishi làm máy chính trên tàu đánh cá lưới vây Bình Định 81 3.6.1 Khái niệm hiệu quả sử dụng động cơ 81 3.6.2 Tính toán hiệu quả sử dụng 83 Chương. tính an toàn của hệ động lực tàu lưới vây Bình Định 77 3.5.1 Đánh giá tính an toàn của hệ động lực và các phân hệ 77 3.5.2 Đánh giá tính an toàn của các phần tử trong từng phân hệ 78 3.6 Đánh