Xây dựng đặc tính âm thanh của hệ động lực diesel - Máy phát điện 110 kW tại phòng thí nghiệm của Viện nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Hàng hải - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

gian và miền 
tần số (qua lọc trọng số A) và bộ xử lý Octave (1/1- hoặc 1/3 –Octave). Khi thực hiện các bài toán 
trên, tác giả lập trình phần mềm tính trên LabView và sử dụng các công cụ có sẵn trong SVT. 
2.2.2 Thực nghiệm đo và lưu trữ các tín hiệu đo 
Thí nghiệm được triển khai trên tổ hợp D-G 110 kW đặt tại PTN của MRI –VMU. Sơ đồ 
nguyên lý tổ hợp với hệ thống tải là nguồn 3 pha kết nối với bể thử tải nước được thể hiện trên 
Hình 3. Tải đối với máy phát điện được điều chỉnh theo cường độ dòng điện I (A). Trong thử 
nghiệm, khi không tải I=0 A, còn khi có tải I được điều chỉnh tại hai giá trị I=50A và I=100 A. 
Phần động cơ diesel, điều chỉnh vòng quay trong thử nghiệm qua thanh răng nhiên liệu để 
duy trì vòng quay ổn định ở các chế độ tải khác nhau. Vòng quay được điều chỉnh ở các chế độ 
N=1200 rpm và 1500 rpm. Trong thử nghiệm, điều khiển trạng thái hoạt động của động cơ khi tất 
cả các xy lanh làm việc bình thường (Normal) và khi xy lanh số 6 không cấp nhiên liệu (Misfire). 
Tín hiệu âm thanh và tín hiệu vòng quay được đo và lưu trữ trong file mềm, dưới dạng 
*.tdms. Hai tín hiệu này được đo và lưu trữ bằng hệ thống đo, giám sát và chẩn đoán AMMDS do 
tác giả xây dựng, đã được giới thiệu tại mục 2.2.1 và thể hiện trên Hình 2. Kết quả đo tại các chế 
độ thử nghiệm được chỉ ra tại thư mục và tên files tương ứng. 
2.2.3 Xử lý các tín hiệu đo và lưu trữ kết quả 
Các files dữ liệu ở từng chế độ đo được đọc và tiến hành xử lý các tín hiệu cho mục đích 
AMD. Tín hiệu pha được xử lý để xác định tốc độ quay của đường trục. Trên cơ sở giá trị tốc độ 
quay của trục đo xác định đoạn trích mẫu cần thiết để chọn cho xử lý chính xác tín hiệu âm thanh 
trong miền thời gian cũng như miền tần số. 
Giả thiết vận tốc quay trục N(rpm) với tần số trích mẫu cực đại Fs= 51.200 S/s. Như vậy số 
mẫu trong một chu kỳ công tác động cơ 4 kỳ #Swc(k) (dùng trong PTN của MRI) được xác định: 
#Swc(k) = [120*Fs*k/ N] , với [X] là phần nguyên của X; k –số chu kỳ. Số lượng mẫu tính cho 1 chu 
kỳ công tác của diesel 4 kỳ tương ứng với vòng quay N được thể hiện trên Bảng 1 dưới đây. 
Bảng 1. Số lượng mẫu trich cho chu kỳ công tác của diesel 4 kỳ 
N(rpm) 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1520 1550 k 
Fs(Hz) 51.200 51.200 51.200 51.200 51.200 51.200 51.200 51.200 
#S(k=1) 6.144 5.585 5.120 4.726 4.389 4.096 4.042 3.964 1 
#S(k=20) 122.880 111.709 102.400 94.523 87.771 81.920 80.842 79.277 20 
#S(k=30) 184.320 167.564 153.600 141.785 131.657 122.880 121.263 118.916 30 
#S(k=50) 307.200 279.273 256.000 236.308 219.429 204.800 202.105 198.194 50 
#S(k=60) 368.640 335.127 307.200 283.569 263.314 245.760 242.526 237.832 60 
Tín hiệu âm thanh được trích một đoạn có độ dài #Swc(k) mẫu và đưa vào xử lý tín hiệu 
trong miền thời gian và tần số theo công thức toán học sau đây [1]. 
 (1) 
Trong đó: T: thời gian đo; pa(t): áp suất âm thanh tức thời trọng số A; p0 = 20 µPa 
Một bộ lọc full Octave có tần số chính giữa là fC (Hz), tần số dưới và trên được xác định: 
 [fL, fH ] (1/1)O. = [0,707; 1,414] fc = [1/√2 , √2 ] fc (2) 
 20 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 
Một dải 1/3 Octave có bề rộng bằng 1/3 dải Octave, có tần số trung tâm fc, (Hz), tần số dưới và 
trên được xác định: 
 [fL, fH ]1/3 O. = [0,902; 1,138] fc (3) 
Lập trình trong Lab View có sử dụng SVT rất thuận tiện và nhanh chóng. Kết quả xử lý âm thanh 
tại một số chế độ thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 2, 3,và 4. 
Bảng 2. Kết quả xử lý âm thanh D-G 110 kW, quy đổi trọng số A, mức trung bình 
Chế độ N1200-I000-A 
N1500 
-I50-A 
N1500 
-I50-C 
N1500 
-I100-A 
N1500 
-I100-C 
LA.eq (dB) 110,67 115,66 115,40 115,88 115,49 
Trong các bảng kết quả nêu trên, ký hiệu N1.200 hay 1.500 là chế độ vòng quay 1.200 hay 
1500 rpm, còn I000, I050, I100 - cường độ dòng điện 0, 50 hay 100A. Ký hiệu A hay C - thể hiện 
Normal hay Misfire (ngắt nghiên liệu vào xy lanh, không cháy) ở xy lanh số 6, Diff - độ khác biệt 
giữa kết quả khi xét âm thanh trong hai trạng thái Normal và Misfire. 
Bảng 3. Kết quả xử lý âm thanh D-G 110 kW, Trọng số A, 1/1-Octave 
STT 
Oct. TB 
Freq. TB Power Band (dB) Differences 
(Hz) 
N1200-
I000-A 
N1500-
I050-A 
N1500-
I050-C 
N1500-
I100-A 
N1500-
I100-C 
N1500-
I050-Diff 
N1500-
I100-Diff 
1 16 49,8 43,1 44 43,7 42,6 -2,05% 2,52% 
2 31,5 59,3 62,4 61 60,7 59,8 2,30% 1,48% 
3 63 77,7 82,5 81 80,2 80,2 1,85% 0,00% 
4 125 91,8 94,7 94 94,2 93,9 0,74% 0,32% 
5 250 99,4 103,5 101 101,0 100,7 2,48% 0,30% 
6 500 102,4 104,3 105 105,8 107,9 -0,67% -1,98% 
7 1000 106,0 108,3 110 111,2 111,6 -1,55% -0,36% 
8 2000 105,5 110,4 111 111,2 111,1 -0,54% 0,09% 
9 4000 99,9 108,5 106 106,5 106,9 2,36% -0,38% 
10 8000 94,4 108,0 103 103,9 104,0 4,85% -0,10% 
11 16000 84,9 97,6 93 93,2 93,3 4,95% -0,11% 
Bảng 4. Kết quả xử lý âm thanh D-G 110 kW, Trọng số A, 1/3-Octave 
STT 
Oct. TB 
Freq.TB Power Band (dB) Differences 
(Hz) 
N1200- 
I000-A 
N1500-
I050-A 
N1500-
I050-C 
N1500-
I100-A 
N1500-
I100-C 
N1500-
I050-Diff 
N1500-
I100-Diff 
1 20 50,0 40,1 41,0 40,9 36,9 -2,24% 9,78% 
2 25 40,6 54,0 54,5 54,5 52,6 -0,93% 3,49% 
3 31,5 52,8 50,0 50,8 50,6 45,3 -1,60% 10,47% 
4 40 58,1 60,6 59,0 58,5 52,5 2,64% 10,26% 
5 50 58,0 69,6 64,7 64,9 65,5 7,04% -0,92% 
6 63 69,1 72,2 69,7 69,8 68,9 3,46% 1,29% 
7 80 76,7 81,9 80,4 79,7 79,6 1,83% 0,13% 
8 100 80,9 77,5 76,4 76,7 75,9 1,42% 1,04% 
9 125 88,7 86,9 86,6 86,8 86,2 0,35% 0,69% 
10 160 87,6 94,1 93,6 93,3 92,4 0,53% 0,96% 
11 200 88,3 92,1 91,5 91,9 91,5 0,65% 0,44% 
 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 21 
12 250 92,8 101,1 97,8 96,8 96,9 3,26% -0,10% 
13 315 97,4 98,8 98,1 97,9 96,2 0,71% 1,74% 
14 400 98,1 97,0 95,6 95,4 96,2 1,44% -0,84% 
15 500 95,3 99,8 101,7 102,7 102,4 -1,90% 0,29% 
16 630 99,6 101,1 102,0 101,9 103,2 -0,89% -1,28% 
17 800 100,3 102,9 104,1 104,0 104,5 -1,17% -0,48% 
18 1000 100,4 102,6 103,9 104,3 105,1 -1,27% -0,77% 
19 1250 102,7 104,8 108,0 109,2 109,2 -3,05% 0,00% 
20 1600 101,2 104,3 106,6 106,9 106,6 -2,21% 0,28% 
21 2000 100,3 104,9 104,6 105,2 104,7 0,29% 0,48% 
22 2500 100,7 107,3 106,5 106,7 106,4 0,75% 0,28% 
23 3150 95,8 104,1 102,0 102,7 103,5 2,02% -0,78% 
24 4000 95,1 102,5 100,2 99,9 100,1 2,24% -0,20% 
25 5000 93,5 104,2 101,2 101,7 101,0 2,88% 0,69% 
26 6300 91,6 103,2 101,1 101,6 101,8 2,03% -0,20% 
27 8000 89,2 104,2 98,4 98,6 98,4 5,57% 0,20% 
28 10000 87,0 102,0 94,2 94,5 94,6 7,65% -0,11% 
29 12500 83,4 95,2 91,4 91,9 92,2 3,99% -0,33% 
30 16000 77,0 89,4 84,7 85,2 85,1 5,26% 0,12% 
31 20000 66,1 78,8 74,0 74,5 74,6 6,09% -0,13% 
Đặc tính âm thanh của tổ hợp D-G biểu thị bằng đồ thị mức độ âm thanh (công suất) theo 
các giá trị trung bình tần số octave (trường hợp 1/1- và 1/3-octave), trên Hình 3(a và b). Độ chênh 
lệch mức độ âm thanh công suất tại các tần số trung bình 1/1-octvave và 1/3-octave giữa hai chế 
độ Normal và Misfire biểu thị trên Hình 3 (c và d). 
3. Kết quả và bàn luận 
-Tại Bảng 2 ta thấy tính quy luật của mức độ âm thanh trung bình tương đương, trọng số A, 
LAeq(T) tăng theo vòng quay khai thác của hệ động lực, cụ thể là tăng từ 110 dB đến 115 dB khi 
vòng quay tăng từ 1200 lên 1500 vòng/phút. Khi ngắt xy lanh số 6 (MISFIRE), mức độ âm thanh 
nhỏ hơn so với khi cả 6 xy lanh hoạt động bình thường (NORMAL) ở cùng chế độ, ví dụ xét cho 
chế độ N1500 I100A và N1500I100C. Kết quả phù hợp với quy luật vật lý trong tự nhiên: mỗi một 
xy lanh khi làm việc do quá trình cháy trong xy lanh là nguồn gây ra tiếng ồn lớn, bổ sung vào 
không gian buồng máy. 
- Mức độ âm thanh công suất tại các thành phần octave (Power Band) có sự khác biệt giữa 
các chế độ NORMAL và MISFIRE. Độ lệch giữa biên độ công suất âm thanh xét cùng một chế độ 
vòng quay và khi động cơ hoạt động NORMAL/MISFIRE biểu diễn theo tần số 1/3-Octave lớn hơn 
khi biểu diễn theo tần số 1/1-Octave, (Hình 3 và 4). Ví dụ xét trường hợp N1500 rpm, độ lệch công 
suất âm thanh trong biến đổi 1/3-octave giữa hai chế độ Normal và chế độ Misfire là 10% tại các 
tần số dưới 50 Hz hoặc trên 8 kHz, còn trong 1/1- octave - dưới 4% tại các tần số trên 8 kHz. 
4. Kết luận 
Đặc tính âm thanh tổ hợp D-G 110 kW được xây dựng trong điều kiện PTN động cơ của 
Viện NCKH&CNHH bằng thiết bị đo và phân tích độ ồn SLM01 - VMU kết hợp với thiết bị đo pha 
xác định số lượng mẫu cần sử dụng trong xử lý FFT cho tín hiệu thu được. Đặc tính âm thanh biểu 
thị mối quan hệ giữa mức độ âm thanh công suất (dB) trọng số A theo tần số trung bình của bộ lọc 
Octave trong dải tần (20-20000) Hz tại các chế độ thí nghiệm đã chỉ ra khả năng giám sát và chẩn 
đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel trong tổ hợp D-G theo các dấu hiệu chẩn đoán âm 
thanh ở vùng tần số (20 -50) Hz hoặc trên 8 kHz. 
 22 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 
Hình 3. Đồ thị âm thanh (dB) tổ hợp D-G 110 kW ở các chế độ thử nghiệm 
a – Theo trọng số A, 1-1 Octave, N1500 rpm, I=100 A, chế độ Normal và Misfire 
b – Theo trọng số A, 1-3 Octave, N1500 rpm, I=100 A, chế độ Normal và Misfire 
c – Theo trọng số A, 1-1 Octave, N1500 rpm, I=100 A, so sánh giữa chế độ Normal và Misfire 
d – Theo trọng số A, 1-3 Octave, N1500 rpm, I=100 A, so sánh giữa chế độ Normal và Misfire 
 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 55 - 8/2018 23 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] QCVN 80: 2014/BGTVT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kiểm soát tiếng ồn trên tàu biển. 
[2] Đề tài NCKH Bộ GTVT “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống đo, kiểm tra, đánh giá độ ồn cho tàu 
thủy hiện đại theo QCVN 80: 2014/BGTVT”, Mã số: DT164003 thực hiện tại Trường ĐHHH Việt 
Nam, PGS. TSKH. Đỗ Đức Lưu làm chủ nghiệm, 2016. 
[3] Đỗ Đức Lưu và các tg, “Nghiên cứu mô phỏng sai số trong đo và xử lý tín hiệu mô men xoắn 
trên hệ trục chính diesel tàu thủy”. Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế KHCN Hàng hải 2016. ISBN: 978 -
604 -937 -127-1. Phân ban CKĐL. Trang 61-68, 2016. 
Ngày nhận bài: 19/4/2018 
Ngày nhận bản sửa: 20/5/2018 
Ngày duyệt đăng: 23/5/2018