Việt Nam hiện đang sở hữu đội tàu biển với tổng số tấn trọng tải trên 7 triệu DWT gồm khoảng 1380 con tàu với nhiều chủng loại khác nhau và tuổi đời trung bình trên 14 năm. Đa số trong số chúng đang được khai thác ở vùng công suất dưới 75% định mức, thậm chí nhiều tàu chỉ khai thác 45-55% công suất định mức.

Thực tế này đặt ra yêu cầu tối ưu hóa hệ thống tăng áp cho các chế độ khai thác ở tải thấp. Vì vậy, PGS. TS. Lê Văn Điểm cùng nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính toán, thiết kế hoán cải và chế tạo ống phun tua bin khí xả tăng áp cho động cơ diesel tàu thủy nhằm cải thiện chất lượng công tác” từ năm 2018 đến năm 2019.

Đề tài hướng đến thực hiện mục tiêu sau: Làm chủ quy trình tính toán thiết kế, chế tạo các chi tiết cơ khí công nghệ cao, góp phần thực hiện chiến lược nội địa hoá các trang thiết bị lắp đặt trên các tàu biển Việt Nam, trong đó có hệ thống tuabin khí xả tăng áp.

Sau một thời gian thực hiện việc nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng, kết hợp thực nghiệm, đề tài đã đạt được một số kết quả như sau:

- Đã phân tích thực trạng về chế độ khai thác của đội tàu Việt Nam với đặc điểm chung là chế độ khai thác trong khoảng 60% công suất định mức và đánh giá định lượng hiệu quả của hệ thống tăng áp tuabin khí xả với hiệu suất giảm mạnh (giảm trên 20% so với chế độ gần định mức).

- Đã xây dựng quy trình tính toán tối ưu hóa biên dạng ống phun phù hợp với tải khai thác thực tế của động cơ và tính toán định lượng mức độ hoán cải ống phun. Kết quả tính toán lý thuyết và mô phỏng cho thấy, tùy theo mức độ giảm công suất khai thác, ống phun có thể hoán cải để giảm thiết diện lưu thông từ 10% đến 20%.

- Đã áp dụng thành công quy trình thiết kế ngược với việc ứng dụng các thiết bị quét 3D hiện đại và các thiết bị, công nghệ dựa trên nền tảng công nghệ thông tin hiện đại để xử lý mô hình số phục vụ mô phỏng số (CFD), thiết kế (CAD) và gia công kỹ thuật số (CNC). Thực tế, thiết kế ngược đang là kỹ thuật được áp dụng rộng rãi và được coi là con đường nhanh nhất để tiếp cận công nghệ, kỹ thuật tiên tiến trên thế giới.

- Từ mô hình số nhận được, đã tiến hành mô phỏng số quá trình công tác của cụm tuabin VTR250 với các chế độ nguyên thủy và hoán cải giảm 5%, 10%, 15% và 20% thiết diện lưu thông bằng cách tăng bề dày cánh. Kết quả mô phỏng đã hỗ trợ cho việc lựa chọn các thông số tối ưu trong quá trình thiết kế cụm ống phun hoán cải.

- Đã xây dựng quy trình công nghệ tối ưu chế tạo cụm ống phun theo thiết kế hoán cải và chế tạo thành công vành ống phun bằng phương pháp sử dụng máy cắt dây kỹ thuật số. Thực tế, có thể sử dụng phương pháp dập với năng suất cao hơn. Tuy nhiên, do sản phẩm chế tạo đơn chiếc nên việc sử dụng máy cắt dây là tối ưu trong điều kiện thực tế và có chi phí tối ưu. Việc thiết kế, chế tạo 126 thành công cụm ống phun cũng khẳng định năng lực công nghệ để có thể thiết kế, chế tạo các chi tiết máy có yêu cầu kỹ thuật cao.

- Đã tiến hành thử nghiệm cụm ống phun hoán cải trên động cơ tàu thủy thực tế. Kết quả thử nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể của công suất và hiệu suất tuabin. Ở chế độ 50% công suất định mức của động cơ, công suất và hiệu suất của tuabin tăng lần lượt là 11,62% và 7,7%. Kết quả thử nghiệm cũng chỉ ra sự phù hợp giữa tính toán lý thuyết và mô phỏng. Kết quả nghiên cứu của để tài là cơ sở để áp dụng cho các tàu đang khai thác của đội tàu Việt Nam.

Về mặt khoa học, đề tài cho phép làm chủ quy trình hoàn thiện chế tạo một thiết bị cơ khí công nghệ cao là cụm ống phun, từ tính toán thiết kế đến chế tạo hoàn thiện và thử nghiệm. Về mặt thực tiễn, kết quả của đề tài cung cấp một giải pháp kỹ thuật cho các công ty vận tải biển để cải thiện chất lượng khai thác động cơ desel tàu thủy phù hợp với chế độ khai thác nhỏ tải và giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm nhiên liệu. Việc làm chủ quy trình công nghệ, khi áp dụng vào thực tiễn, cũng tránh phụ thuộc vào công nghệ của nước ngoài và giảm giá thành.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18266/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)