ÔN TẬP MÔN ỔN ĐỊNH TÀU Đề thi có 2 câu lý thuyết (5 điểm) và 2 câu bài tập (5 điểm) A LÝ THUYẾT 1 Trình bày khái niệm ổn định ban đầu (góc nghiêng nhỏ), công thức tính chiều cao thế vững GM và cách điều chỉnh GM (vẽ hình minh hoạ) 2 Cách xây dựng đường cong ổn định tĩnh Các yếu tố của đường cong Tiêu chuẩn ổn định theo IS code 2008 cho tàu hàng khô (vẽ hình minh hoạ) 3 Nêu các bước dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh và các yêu cầu theo tiêu chuẩn theo IS code 2008 cho tàu.
Trang 1ÔN TẬP MÔN ỔN ĐỊNH TÀU
Đề thi có 2 câu lý thuyết (5 điểm) và 2 câu bài tập (5 điểm).
A LÝ THUYẾT
1 Trình bày khái niệm ổn định ban đầu (góc nghiêng nhỏ), công thức tính chiều cao thế vững
GM và cách điều chỉnh GM (vẽ hình minh hoạ)
2 Cách xây dựng đường cong ổn định tĩnh Các yếu tố của đường cong Tiêu chuẩn ổn định theo
IS code 2008 cho tàu hàng khô (vẽ hình minh hoạ)
3 Nêu các bước dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh và các yêu cầu theo tiêu chuẩn theo
IS code 2008 cho tàu hàng khô? (vẽ hình minh hoạ)
4 Cách tính các diện tích dưới đường cong Gz và tiêu chuẩn ổn định theo IS code 2008 cho tàu hàng khô? (vẽ hình minh hoạ)
5 Khái niệm “Lắc cứng” và “Lắc mềm” trong ổn định tàu là gì? Nêu hiện tượng và cách khắc phục
6 Nêu ảnh hưởng của két chứa chất lỏng không đầy tới thế vững ban đầu của tàu và cách hạn chế ảnh hưởng của nó (vẽ hình minh hoạ)
7 Các nguyên nhân gây nghiêng tàu, cách xử lý khi tàu nghiêng
8 Nêu khái niệm, định nghĩa các mớn nước của tàu và mối quan hệ của các mớn nước này
9 Trình bày cách tính toán xác định hiệu số mớn nước của tàu từ sơ đồ xếp hàng và các biện pháp điều chỉnh
10.Trình bày khái niệm và cách xác định mớn nước tương đương từ mớn nước đọc (vẽ hình minh hoạ)
11.Phân tích ảnh hưởng của tỉ trọng nước nơi tàu đỗ tới mớn nước và tư thế của tàu Nêu các công thức liên quan
12.Thiết lập công thức tính toán sự thay đổi mớn nước của tàu khi dịch chuyển hàng trên tàu
13.Thiết lập công thức tính toán sự thay đổi mớn nước của tàu khi nhận/dỡ một lô hàng nhỏ
14.Trình bày cách kiểm tra sức bền dọc thân tàu bằng phương pháp tính toán?
15.Trình bày cách kiểm tra sức bền cục bộ và biện pháp khắc phục nếu cần?
B BÀI TẬP
1 Tính toán ổn định tàu:
- Tính GM cảng đến;
- Tính toán lượng hàng tối đa có thể xếp thêm để đạt GM tối thiểu;
- Tính GM sau khi xếp/dỡ hàng hoặc bơm ballast
2 Tính toán mớn nước:
- Tính lượng hàng tối thiểu phải dỡ và vị trí lô hàng đó để tàu vào cảng an toàn;
- Tính lượng hàng tối đa có thể xếp thêm để đạt mớn nước/hiệu số mớn nước mong muốn;
- Tính lượng hàng tối thiểu phải dỡ để tàu vào cảng an toàn;
- Tính mớn nước mới sau khi xếp/dỡ/di chuyển hàng;
- Bài toán trimming, tính lượng hàng xếp vào từng hầm để đạt mớn nước mong muốn
3 Tính toán nghiêng tàu:
- Tính toán lượng balast phải bơm hoặc lượng hàng phải di chuyển/xếp/dỡ để tàu cân bằng không nghiêng;
- Tính bị nghiêng do hàng rơi xuống biển, tính lượng hàng bị rơi xuống biển
Trang 2C BÀI TẬP:
Bài tâp 1:
Một tàu có trọng lượng tàu không DL = 2083T và chiều cao trọng tâm tàu không KGL = 7,0m
Hầm 1 xếp 2580T hàng có chiều cao trọng tâm trọng KG1 = 5.40m,
Hầm 2 xếp 2670T hàng có KG2 = 5,33m,
Nhiên liệu F/O = 250T có KG3 = 0,71m
Nhiên liệu D/O = 200T co KG4 = 7,30m
Nước ngọt sinh hoạt F/W = 350T có KG5 = 5,22m
- Hãy tính chiều cao trong tâm KG của tàu?
- Tàu nói trên chạy biển 10 ngày tiêu thụ hêt: F/W=80T, F/O=150T, D/O=10T Hãy tính chiều cao trọng tâm
KG của tàu tại cảng đến
Bài tập 2:
Một tàu có trọng lượng tàu không DL = 2083T và chiều cao trọng tâm tàu không KGL = 7,0m
Hầm 1 xếp 2750T hàng có chiều cao trọng tâm trọng KG1 = 5.40m,
Hầm 2 xếp 2800T hàng có KG2 = 5,33m,
Nhiên liệu F/O = 200T có KG3 = 0,71m
Nhiên liệu D/O = 150T co KG4 = 7,30m
Nước ngọt sinh hoạt F/W = 250T có KG5 = 5,22m
- Hãy tính chiều cao trong tâm KG của tàu?
- Thuyền trưởng yêu cầu dịch chuyển một khối hàng 500T từ trên boong có KG1 = 9,2m xuống dưới hầm có
KG2=3,1m Hãy tính chiều cao trọng tâm KG của tàu sau khi dịch chuyển khối hàng trên
Bài tập 3:
Một tàu có trọng lượng tàu không DL = 2083T, chiều cao trọng tâm tàu không KGL = 7,0m
Hầm 1 xếp 2580T hàng có chiều cao trọng tâm trọng KG1 = 5.40m,
Hầm 2 xếp 2670T hàng có KG2 = 5,33m,
Nhiên liệu F/O = 250T có KG3 = 0,71m
Nhiên liệu D/O = 200T co KG4 = 7,30m
Nước ngọt sinh hoạt F/W = 350T có KG5 = 5,22m
- Hãy tính chiều cao trong tâm KG của tàu?
- Tàu nói trên chạy biển 10 ngày tiêu thụ hêt: F/W=80T, F/O=150T, D/O=10T Hãy tính chiều cao trọng tâm
KG của tàu tại cảng đến (giả thiết chiều cao trọng tâm các lượng tiệu thụ không thay đổi)
Bài tập 4:
Một tàu có lượng chiếm nước hiện tại là 10.000Tấn, KG=6m, KM= 7,4m phải chạy một quãng đường dài 19 ngày, mỗi ngày tiêu thụ 26T dầu F/O có KGf=0,5m Tìm lượng hàng xếp tối đa có thể xếp thêm (tại KG=10m) để cho GM tại cảng đích luôn lớn hơn 0,3m?
Bài tập 5:
Một tàu có lượng chiếm nước D=6945T, LPP=99m, mớn mũi df = 4,85m, da = 6,47m
Tàu phải vào cảng hạn chế mớn nước 6,0m để trả hàng Hãy tính lượng hàng tối thiểu phải dịch chuyển từ Hold 2 (LCG=12,95m) về Hold 1 (LCG= - 22.49m) để tàu vào được cảng Đồng thời tính giá trị của mô-ment gây chúi?
Biết LCF = 0m; TPC = 14.1T; MTC = 69,7 T/m
Bài 6:
1./ Một tàu có lượng chiếm nước D=7195T, LPP=99m, mớn mũi df =5,35m, da = 6,32m
Trang 3Tàu phải vào cảng hạn chế mớn nước 6,0m để trả hàng Hãy tính lượng hàng tối thiểu phải dỡ khỏi Hold 2 (LCG=12,95m) để tàu vào được cảng
Biết LCF = 0m; TPC = 14.1T; MTC = 69,7 T/m (nước mặn tiêu chuẩn)
2./ Cùng các điều kiên trên, nhưng khác là cảng dỡ hàng là nước ngọt (tỷ trọng =1) và hạn chế mớn 6m Hãy tính lượng hàng phải dỡ ở tâm F?
1 Trình bày khái niệm ổn định ban đầu (góc nghiêng nhỏ 10 0 ~15 0 ), công thức tính chiều cao thế vững GM và cách điều chỉnh GM (vẽ hình minh hoạ)
*Ổn định là khả năng trở lại vị trí cân bằng ban đầu sau khi lực tác động của ngoại lực ngưng tác động
Ngoại lực có hai loại
+ Lực tĩnh: nhận thêm hàng, dự trữ
+ Lực động: sóng, gió giật…
Ổn định ban đầu/ ổn định ở góc nghiêng nhỏ 100~150 là ổn định ngang tĩnh liên quan đến đến góc nghiêng nhỏ của tàu
*Công thức tính chiều cao thế vững GM:
GM = KM – KG
Trong đó: KM tra bảng thủy tĩnh, đối số là D hoặc mớn nước (draft)
DL, KGL trong sổ tay ổn định của tàu tổng khối lượng các thành phần thay đổi trên tàu
*Cách điều chỉnh GM:
* Một số cách hiệu chỉnh chiều cao thế vững GM :
+ Dịch chuyển hàng theo chiều thẳng đứng :
Khi dịch chuyển một khối lượng hàng "w" đi một đoạn "h" theo chiều thẳng đứng thì chiều cao thế vững thay đổi một lượng là:
D
h w
GM = ×
∆ ΔGM < 0 khi hàng được dịch chuyển từ thấp lên cao
ΔGM > 0 khi hàng được dịch chuyển từ cao xuống thấp
Trường hợp tàu đã đầy hàng thì có thể áp dụng phương pháp đổi chỗ hai lô hàng có cùng thể tích nhưng trọng lượng khác nhau Lúc đó w chính là độ chênh lệch trọng lượng giữa hai khối hàng còn h
sẽ là khoảng cách giữa trọng tâm của hai khối hàng này
Trang 4Trường hợp xếp hoặc dỡ một lô hàng có trọng lượng là "w" vào một vị trí nào đó thì chiều cao thế vững sẽ thay đổi một lượng bằng:
w D
h w GM
±
×
=
∆
Trong đó: h là khoảng cách giữa trọng tâm lô hàng với trọng tâm G của tàu Lấy dấu (+) nếu xếp thêm; Lấy dấu ( - ) nếu dỡ hàng.
+ Bơm xả nước Ballast:
Khi bơm vào hoặc xả ra một lượng nước Ballast có trọng lượng "w" tấn thì chiều cao thế vững thay đổi một lượng là :
±∆ − −
×
±
=
d d w D
w GM
Xét dấu cho ΔGM:
Trường hợp bơm vào: Nếu z1 < KG thì ΔGM > 0; Nếu z1 > KG thì ΔGM < 0
Trường hợp bơm ra: Nếu z1 < KG thì ΔGM < 0; Nếu z1 > KG thì ΔGM > 0
Trong đó :
KG là chiều cao trọng tâm tàu trước lúc bơm xả Ballast
GM1 là chiều cao thế vững ban đầu
Z1 là chiều cao trọng tâm khối nước
Δd là lượng thay đổi mớn nước của tàu sau khi bơm xả ballast
2 Cách xây dựng đường cong ổn định tĩnh Các yếu tố của đường cong Tiêu chuẩn ổn định theo IS code 2008 cho tàu hàng khô (vẽ hình minh hoạ)
*Cách xây dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh GZ
Bước 1: Tính chiều cao trọng tâm KG (có tính ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng)
Bước 2: Lập bảng tính với các góc nghiêng
Bước 3: Dựng đường cong GZ
Bước 4: Đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn IS Code
*Các yếu tố của đường cong:
Phạm vi ổn định (range of stability)
GZmax tại ϴmax
GM
Diện tích dưới đường cong
*Tiêu chuẩn ổn định theo IS Code 2008, part A, chapter 2_2.2: tiêu chuẩn cho mọi tàu:
A1 diện tích không nhỏ hơn 0.05m – rad
A2 diện tích không nhỏ hơn 0.03m – rad
(A1 + A2) không nhỏ hơn 0.09m – rad
GZ ở góc nghiêng 30 ít nhất bằng 0.2m
ϴmax không nhỏ hơn 25
G0M không nhỏ hơn 0.15m
- Chiều cao ổn định ban đầu không nhỏ hơn 0,15m ( trừ tàu gỗ và tàu cá có quy định bổ sung)
- Trên đường cong cánh tay đòn hồi phục, diện tích dưới đường cong trong phạm vi góc nghiêng ngang từ 0-30 độ, không được nhỏ hơn 0,055m.rad
- Diện tích dưới đường cong cánh tay đòn hồi phục trong phạm vi góc nghiêng ngang từ 0-40 độ hoặc góc ngập nước không được nhỏ hơn 0,090m.rad
- Diện tích dưới đường cong cánh tay đòn hồi phục trong phạm vi góc nghiêng ngang từ 30-40 độ hoặc góc ngập nước, lấy góc nào nhỏ hơn, không được nhỏ hơn 0,030m.rad
Trang 5- Cánh tay đòn hồi phục tại góc nghiêng ngang 30 độ, không được nhỏ hơn 0,20m
- Góc tương ứng với cánh tay đòn hồi phục cực đại tốt nhất nên lớn hơn 30 độ, ít nhất không được nhỏ hơn 25 độ
- Thõa mãn những yêu cầu tiêu chí đánh giá về thời tiết ( chỉ thích hợp với tàu có chiều dài ≥24m )
Trang 63 Nêu các bước dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh và các yêu cầu theo tiêu chuẩn theo IS code 2008 cho tàu hàng khô? (vẽ hình minh hoạ)
Trang 74 Cách tính các diện tích dưới đường cong Gz và tiêu chuẩn ổn định theo IS code 2008 cho tàu hàng khô? (vẽ hình minh hoạ)
* Quy tắc Simpson số 1:
- Có 3 tung độ A, B, C ứng với 3 hoành độ a, b, c Các hoành độ cách nhau một khoảng đều nhau là h
- Gọi S là diện tích giới hạn bởi đường cong ABC, trục hoành và hoành độ a và c S được tính như sau
* Quy tắc Simpson số 2:
- Tương tự như quy tắc simpson 1, nhưng thay vì 3 giá trị hoành độ mà sẽ là 4 giá trị hoành độ a, b,
c, d cách đều nhau khoảng cách là h Tương ứng sẽ có 4 giá trị tung độ A, B, C, D
- Diện tích dưới đường cong ABCD giới hạn bởi hoành độ a và d được tính:
5 Khái niệm “Lắc cứng” và “Lắc mềm” trong ổn định tàu là gì? Nêu hiện tượng và cách khắc phục (Ổn định tàu p.53, Lý thuyết tàu p.80)
Quan hệ giữa chu kỳ lắc ngang của tàu và chiều cao tâm ổn định:
Trong đó: T chu kỳ lắc, chấp nhận trong khoảng 15s - 25s
B chiều rộng tàu
C hệ số thực nghiệm 0,7 ≤ C ≤ 0,82
Standard: - Tàu hàng thông thường (l ≥ 24m) GM ≥ 0,15m
- Tàu vận chuyển xá tràng hạt GM ≥ 0,3m
a) Lắc cứng (stiff): tình trạng tàu lắc với biên độ lớn nhưng chu kỳ nhỏ do giá trị GM rất lớn
- Hiện tượng: Tính ổn định của tàu tốt, thời gian tàu lấy lại vị trí cân bằng ban đầu quá nhanh,
- Cách khắc phục: Giảm GM nâng G nâng vị trí hàng, tăng sức nổi của tàu: tăng thể tích khoang trống của ballast
b) Lắc mềm (tender): tình trạng tàu lắc với biên độ lớn kèm chu kỳ lớn do giá trị GM rất nhỏ
- Hiện tượng:Tính ổn định của tàu kém, thời gian tàu lấy lại vị trí cân bằng ban đầu quá chậm
- Cách khắc phục: Tăng GM giảm G hạ thấp vị trí hàng hóa, giảm sức nổi của tàu: bơm nước vô két ballast
Trang 86 Nêu ảnh hưởng của két chứa chất lỏng không đầy tới thế vững ban đầu của tàu và cách hạn chế ảnh hưởng của nó (vẽ hình minh hoạ) (trang 67 Ổn định tàu)
* Ảnh hưởng:
- Làm cho trọng tâm của tàu nâng cao, giảm tính ổn định
*Cách hạn chế ảnh hưởng
- Nguyên lý: giảm momen mặt thoáng tự do bằng cách
+ Chia nhỏ các két và lập các vách ngăn dọc
+ Hạn chế các két, ballast không đầy
Trang 97 Các nguyên nhân gây nghiêng tàu, cách xử lý khi tàu nghiêng.
*Nguyên nhân:
1 G bị lệch khỏi center line:
+ Dịch chuyển hàng hóa trên tàu
2 GM ban đầu âm: (angel of LoLL)
- Tuy GM âm nhưng tàu không lật,
*Khắc phục:
- Xếp hàng khối lượng cân bằng, đối xứng hai bên, nặng dưới cùng, nhẹ lên trên
- Dằn nước dằn xuống các két đáy để giảm chiều cao KG Các két đầy nhưng không quá tải
*Lưu ý:
- Tàu nghiêng mạn nào thì dằn nước bên mạn đó trước Mục đích giảm chiều cao trọng tâm
G, tạo momen hồi phục trước GM có thể rất nhỏ, chỉ cần giá trị dương Sau đó mới dằn nước mạn đối diện
Các nguyên nhân gây nghiêng tàu:
Trong thực tế tàu nghiêng do hai nguyên nhân chính: Một là do sự phân bổ tải trọng trên tàu và được gọi là nghiêng nội (List) Hai là do tác động của ngoại lực như sự tác động của sóng, gió … thì được gọi là nghiêng ngoại (Heel)
a Nghiêng nội (list) gây lên bởi sự dịch chuyển tải trọng đã có trên tàu.
Khi dịch chuyển một khối hàng trên tàu thì trọng tâm tàu sẽ dịch chuyển về phía khối hàng dịch chuyển tới
Trong trường hợp gây ra góc nghiêng nhỏ thì chúng ta có thể tìm ra mối quan hệ toán học giữa sự
dịch chuyển đó và góc nghiêng như sau:
+ Mô men do dịch chuyển khối lượng m là: M shift = m*a
+ Mô men của tàu chống lại sự dịch chuyển khối hàng m là:
M GG1 = D*GG 1
+ Ở trạng thái cân bằng mới thì Mshift = MGG1 Khi tàu nghiêng ở góc nghiêng nhỏ nên ta coi M cố định, lúc này ta tính được góc nghiêng
List = arctan(, vì List coi là nhỏ nên Tan(List) = Sin(List) = List
Vậy: List =
Trong trường hợp gây góc nghiêng lớn do điểm M không cố định nên không thể tính góc nghiêng
nội theo công thức trên được, mà phải xác định góc nghiêng bằng phương pháp vẽ họa
Bước 1: Hoàn thiện đường cong của cánh tay đòn ổn định (GZ);
Bước 2: Tính giá trị cánh tay đòn của mô men dịch chuyển tải trọng (λ0)
λ0 =
Bước 3: Vẽ đồ đường cong f (list) = λ 0 *cos(list) lên hệ tọa độ vừa thể hiện đường cong GZ;
Giao điểm của hai đường cong này trong khoảng góc nghiêng từ 0-60 sẽ cho ta biết giá trị góc nghiêng nội cần tìm (List) Đối với việc xác định góc nghiêng nội do việc cẩu hàng gây ra cũng được tiến hành tương tự
b Tàu nghiêng do Thế vững ban đầu âm (G 0 M<0) / Angle of Loll
Thế vững ban đâu âm (GoM <0) không hiểu theo hướng là do sự bố trí hay dịch chuyển tải trọng trên tàu gây ra, mà nó có thể do sự cung cấp số liệu về hàng hóa xếp xuống tàu không chính xác, hoặc do ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng, hay do thủng một khoang nào đó trên tàu gây ra
c Nghiêng tàu do hoạt động cẩu hàng:
Ngay sau khi khối hàng được cẩu lên từ cầu tàu hay từ đâu đó trên boong tàu thì lập tức trọng tâm tàu sẽ dịch chuyển lên trên làm cho chiều cao tâm nghiêng ngang G0M giảm Việc dịch chuyển này làm cho trọng tâm G của tàu dịch chuyển một đoạn thẳng đứng lên phía trên tới Gv: GGv = .
Trong đó: w là trọng lượng khối hàng; d là khoảng cách từ trọng tâm khối hàng đến cẩu
Trang 10d Tàu bị nghiêng khi quay trở
Khi tàu có tốc độ quay trở ổn định thì tàu sẽ nghiêng về phía mạn đối diện với tâm vòng tròn quay trở Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu quá trình quay trở thì tàu lại nghiêng về phía vòng trong quay trở
Cách xử lý khi tàu nghiêng
• Xếp hàng cân bằng, đối xứng hai bên, hàng nặng ở dưới, hàng nhẹ ở trên
• Bơm nước dằn xuống các két đáy để hạ trọng tâm G xuống thấp, chú ý dằn đầy các két để tránh ảnh hưởng mặt thoáng nhưng vẫn phải đảm bảo không làm tàu quá tải
8 Nêu khái niệm, định nghĩa các mớn nước của tàu và mối quan hệ của các mớn nước này.
*Khái niệm, định nghĩa:
- Mớn nước (draft): khoảng cách tính theo phương thẳng đứng từ mép ngoài sống chính (kell) tới mặt phẳng đường nước quanh tàu
- dF, dA, dϴ: thước đo mớn nước
- Mớn nước trung bình cộng: khoảng cách từ ki đến đường nước bất kỳ tại mặt phẳng trung tâm tàu
- Mớn nước trung bình thật
- Hiệu số mớn nước (t): dF - dA
- Mạn khô đăng ký (Statutory free board): summer craft đến deck line
- Mớn nổi (Air draft): đường mớn nước đến đỉnh cột cao nhất của tàu
- Dấu chuyên chở (Load line and Plimsoll Mark)
- FC, AC mớn nước trên đường thủy trục
9 Trình bày cách tính toán xác định hiệu số mớn nước của tàu từ sơ đồ xếp hàng và các biện pháp điều chỉnh