Sổ tay hàng hải - T2 - Chương 34

Sổ tay hàng hải - Tập 2 - Chương 34: Tính nổi tai nạn và ổn tính tai nạn

34

TÍNH NOI TAI NAN

VA ON TINH TAI NAN

34.1 Tính nổi và ổn tính của tàu sau khi tàu bị tai nạn

34.1.1 Hư hồng tàu

Nghiên cứu tính nổi và ổn tính của tàu khi tàu bị hư hỏng đến mức nước vào (bilging, floading) trong hầm hàng có một ý nghĩa rất lớn đối với tính năng chống chìm của tàu Có thể chia hư hỏng của tàu thành 3 tình huống sau đây,

Hinh 34.01

1 Vị trí hư hổng nằm dưới đường nước khi bên trên hẳm hoặc két đóng kín

Tình huống này được mô tả trên hình 34.01 vi tri a Đặc điểm của nó là toàn bộ khoang hầm déu đẩy nước, lượng nước vào sau đó không đổi, không có mặt thoáng tự do Có thể lấy

trường hợp đáy đôi bị thủng ở phía dưới và vào nước làm ví dụ Trong trường hợp này có thể

coi như tàu được xếp thêm tải trọng bằng lượng nước vào để tính ảnh hưởng của lượng nước

đó đối với tính nổi, ổn tính và mớn nước

2 Nước vào bên trong không thông nhau với nước bên ngoài trong khi bên trên hầm hoặc két

hở

Tình huống này có nghĩa là nước vào tàu từ đường phía trên, được mô tả như vị trí b hình 34.01 Đặc điểm của trường hợp này là lượng nước trong hầm là xác định, có ảnh hưởng của mặt thoáng tự do Điển hình của tình huống này là sóng đánh lên mặt boong, nước vào ham

theo đường miệng quây Trường hợp này cũng có thể coi như tàu được xếp thêm tải trọng bằng lượng nước vào để tính ảnh hướng của lượng nước đó đối với tính nổi, ổn tính và mớn

nước, tuy nhiên phải xét tới ảnh hưởng của mặt thoáng tự do

3 Hầm thủng nước bên trong thông nhau với bên ngoài, trong khi bên trên hầm hoặc két bị hở

Một vị trí nào đó bị thủng như vị trí c hình 34.01, phía bên trên không kín, nước bên trong

thông nhau với nước ngoài mạn tầu, có đặc điểm là mực nước bên trong bằng mực nước bên

ngoài, lượng nước vào được xác định bằng phẩm chìm thêm và tình trạng nghiêng của tàu Trường hợp này, ảnh hưởng của lượng nước vào đối với tính nổi, ổn tính và mớn nước phải

dùng phương pháp sau đây để tính toán:

Đầu tiên giả định một đường nước, tính toán lượng nước vào Trên cơ sở lượng nước vào tính

SỐ TAY HÀNG HẢI 343

đường nước mới, trên cơ sở đường nước mới tính lượng nước vào mới , tiếp tục tính cho đến khi xác định được một đường nước mà lượng nước vào tương ứng không tăng thêm nữa 34.1.2 Hư hỏng giả định

1, Tính chống chìm

Khả năng tàu duy trì trạng thái nổi trên mặt nước sau khi bi hư hỏng gọi là tink chong chim

(insubmersibility) của tàu Tính nổi còn lại và ổn tính sau khi tàu bị vào nước là biểu hiện của tính chống chìm Chiểu cao mạn khô, sự phân bố các vách kín nước, boong kín nước,

cũng như ổn tính trong mọi trường hợp là sự đảm bảo tính nổi dự trữ cho tàu khi bị tai nạn Nói chung trước khi tàu bị hư hồng, người ta đưa ra các giả định cho các tình huống hư hỏng,

căn cứ vào các giả định đó tính toán tính nổi đự trữ và ổn tính, từ đó xác định bằng định lượng tính chống chìm của tàu

2 Hư hồng giả định của tầu

Giá định mức độ hư hồng có thể chia làm hai loại:

- Hu héng bén man (side damage)

Đưa ra các giả định trong phạm vi hư hỏng bên mạn tàu

¬ Hư hồng giả định đáy (bottom damage)

Đưa ra các giả định trong phạm vị hư hỏng đáy tàu

Tuy nhiên, nếu như mức độ hư hỏng thực tế thấp hơn tình huống giả định đồng thời có lợi cho trạng thái nổi của tàu thì phải lấy tình huống hư hồng thực tế làm cơ sở tính toán

3 Hệ số thấm ( hệ số ngập) giả định

Hệ số thấm (permeability) giả định là tỷ số giữa khối lượng của nước vào hầm hoặc két với

khối lượng của hàng hoá và/hoặc các thứ khác trong hầm, két đó Hệ số thấm giả định

1 1

#=S(§F——)

SF P

Trong đó, SF - Hệ số chất xếp hang hod (m*/t)

Ø - Khối lượng riêng của nước (tím?) Cần phải đưa ra hệ số thấm giả định khi nước vào đối với hầm hàng, buồng máy, két đầu máy, buồng ở của thuyễển viên để làm cơ sở tính toán hư hỏng giả định của tàu Đối với hàng rời, thì chỉ lấy tích số giữa dung tích hầm vơi hệ số thấm là có thể xác định được lượng nước trong hầm Bắng 34.A dưới đây cho hệ số thấm của các loại khoang, không gian trên các

loai tau trích Quy định 25-7, SOLAS 74 và Nghị định thư 88

HỆ SỐ THẤM ( PERMBABILITY) 34A

Các không gian Hệ số thấm Các kho dự trũ 0,60

Không gian sinh hoạt phòng hành 0,95

khách, đáy đôi, két nhọn

Không gian buồng máy diesel 0,85

Két xích neo, hầm hàng chứa than, 0,60

khoang hành lý, hẳm trục chân vịt

Các không gian trống 0,95

Khoang hàng khô 0,70

Bột đóng bao 0,29

Thực phẩm đóng hộp 0,30

Contennơ đồ gia dụng 0,80

Contennơ máy móc thiết bị, xe cộ 0,85

4 Tính nổi tai nạn

Tính nổi tai nạn của tàu thường được đánh giá bằng mớn nước mõi lái và độ nghiêng của

tàu

5 On tinh tai nan

Ổn tính tai nạn của tàu ( damaged Gz €

stability) thường được đánh giá bằng

mômen ổn tính dự (residual stability 8%

range) a= Ø, —đ,, cánh tay đòn ổn tính A

cue dai du (residual maximum stability , Loe

lever) GZ„, và diện tích ổn tính dư 8

(residual stability area) A, tức là diện `

tích ACB trên hình 34.02 Hình 34.02

34.1.3 Tính nổi thực tế và ổn tính thực tế sau khi tàu bị bị tai nạn

Sau khi tàu bị hư hỏng do tai nạn, tình trạng hư hỏng không chắc giống như tình huống giả

định cho nên phẩ! căn cứ vào tình trạng hư hỏng thực tế tính lượng nước vào để xác định tính nổi và ổn tính cuối cùng đồng thời phán đoán xem tàu có còn ở trong trang thái an toàn hay không

34.2 Tính toán tính nổi tai nạn và ổn tính tai nạn

34.2.1 Tính lượng nước vào khoang khi khoang bị thủng

Để tính toán tính nổi tai nạn và ổn tính tai nạn sau khi tàu bị hư hồng cần phải xác định vị trí

đường nước cuối cùng cho 3 tình huống vào nước khác nhau như nói ở phần trên

Ở tình huống vào nước thứ nhất (nước vào hâm ở trên kín) và tình huống thứ hai (nước vào hẳm và nước ở ngoài không thông nhau, ở trên hở) thì vị trí đường nước cuối cùng có thể xác định bằng cách tính giống như cách tính xếp thêm tải trọng vào tàu đã trình bày ở Chương

32, Muc 32.2.5,

Đối với tình huống vào nước thứ ba, nước bên ngoài tàu vA bén trong hdm tai nạn thông nhau, hở bên trên cho nên có thể xem thể tích chiếm nước sau tai nạn là thể tích chiếm nước

theo đường hình tàu nhưng tải trọng của khoang bị hư hỏng thì tăng lên Lúc này hình đáng

phan chìm của tau thay đổi, vị trí tâm nổi, ổn tính đều thay đổi Khối lượng của tàu gia tăng thêm phần khối lượng nước trong khoang

Vì trọng tâm của phần khối lượng ( nước) gia tăng không chắc năm đúng trên đường thẳng

đứng qua tâm nổi cho nên con tàu không những bị đìm đều mớn (tăng mớn nước) mà còn

SO TAY HANG HAI 345

phát sinh nghiêng ngang và nghiêng đọc, hình thành mặt đường nước mới Mặt đường nước mới có thể cao hơn mặt nước trong két bị thủng khiến cho lượng nước trong khoang thủng tăng lên, sự gia tăng lượng nước vào khoang thủng lại làm hình thành mặt đường nước mới, đường nước mới lại cao hơn mặt nước trong khoang thủng làm cho nước tiếp tục vào khoang

thủng v v Quá trình tuân hoàn này diễn ra liên tục cho đến khi khoang thủng không vào

nước nữa và mặt đường nước cũng không còn thay đổi được

Lượng nước vào khoang khi mặt đường nước không còn thay đổi nửa gọi là lượng nước ngập cuối cùng ( ñinal flooding), mặt đường nước tương ứng gọi là mặt đường nước cuối cùng (final water plan)

Đối với các tàu hàng nói chung, đa số trường hợp hư hỏng ở hâm nào đó thì lượng vào

nước ở đó đểu mang tính đối xứng ở hai bên, tàu chỉ phát sinh nghiêng dọc mà không bị

nghiêng ngang, đương nhiên tính nổi và ổn tính đều thay đổi Một số trường hợp khác, lượng

vào nước tại một hầm hư hỏng nào đó là không đối xứng, tàu phát sinh nghiêng dọc và

nghiêng ngang, đồng thời thay đổi tính nổi và ổn tính

Đường nước cuối cùng sau khi tai nạn được tính bằng phương pháp "từng bước tiệm cận", phương pháp này lại có hai cách thực hiện là phương pháp “từng bước gia giảm khối lượng"

và phương pháp "tổn thất lực nổi"

34.2.2 Xác định đường nước bằng phương pháp tiệm cận từng bước

Bằng cách từng bước gia tăng khối lượng để xác định vị trí đường nước cuối cùng và tính

lượng nước vào khoang thủng được tiến hành như sau,

Theo như hình 34.03, giả sử có một hầm hàng hư hỏng và vào nước Đường nước ban đầu là

WoLa, đường nước cuối cùng là WL Món nước mũi và lái dị và dạ; khoảng cách từ tâm

hầm hư hồng đến giữa tàu là X; hệ số thấm là /¿ Cách tính lượng nước vào như sau,

Hình 34.03

1 Tính gần đúng lần thứ nhất

1) Tính mớn nước trung bình đại và hiệu mớn tị

1

đại = 2 dy + d,, )

tị= dn-đại 2) Dem dj, tra vào bắng các thông số của tàu tim lượng chiếm nước Á; tương ứng

3) Tính mớn nước du; tại tâm X của hầm vào nước,

Xx

+—t

‘bp

d a =d am

SO TAY HANG HAI 346

4) Căn cứ mớn nước tại tâm hẳm tai nạn d,; tính chiều cao của mặt nước trong hÌm tải nạn đến đáy hầm Tìm thể tích tương ứng của hàng hoá rời trong hầm, căn cứ vào hệ số thấm thực tế xác định trọng lượng nước vào hâm P

5) Đem (Á¡ + 4) tra trong bảng các thông số của tau tim MTC), TPC), Xn

6) Tính mức đìm mớn trung bình ổ,, và lượng biến đổi hiệu mớn ở, ; tính biến đổi mớn mũi ở,,, biến đổi mớn lái ô„

7) Tính mớn nước mới mũi dị; và lái d,;; nếu hiệu số mớn nước trung bình mới và mớn nước

trủng bỉnh cũ nhỏ hơn lcm thì có thể coi như đường nước của lần tính toán này là đường

nước cuối cùng, nếu hiệu số lớn hơn 1cm thì lấy mớn nước mới này làm cơ sở để tính bước

tiếp theo sau đây

2 Tính gần đúng lần thứ hai

1) Căn cứ mớn nước mũi lái vừa tính ở trên, tính mớn nước trung bình đ„; và hiệu mớn tạ:

1

a =2 (8 +ẩ„;)

2) Đem dựa tra vào bảng các thông số của tàu tìm lượng chiếm nước Á; tương ứng

3) Tính mớn nước đ„; tại tâm X của hẳm vào nước,

dy = đạ; + *~,,

tp

4) Căn cứ mớn nước tại tâm hầm bị hỏng d„; tính chiều cao của mặt nước đến đáy hầm trong ham bi thủng Tìm thể tích tương ứng của hàng hoá rời trong hầm, căn cứ vào hệ số thấm thực tế xác định trọng lượng nước vào hầm P¿

P,

5) Dem (A, + >? tra trong bảng các thông số của tàu tim MTC), TPC, Xp

6) Tính mức dìm mớn trung bình đi, và lượng biến đổi hiệu mớn đï,; tính biến đổi mớn mũi

đi,;, biến đổi món lái đi,,„

7) Tính mớn nước mới mũi dị; và lái d,;; nếu hiệu số mớn nước trung bình mới và mớn nước

trung bình cũ nhỏ hơn 1cm thì có thể coi như đường nước của lần tính toán này là đường nước

cuối càng, nếu hiệu số lớn hơn lem thì lấy mớn nước mới này làm cơ sở để tính bước tiếp theo cho đến khi đạt yêu cầu

Nói chung phải tiến hành 4~5 lần tính cho đến khi có được đường nước cuối cùng với độ

chính xác cao để xác định lượng nước vào khoang

Cũng có thể dùng phương pháp tiệm cận bằng cách từng bước giảm khối lượng hoặc

"phương pháp-tổn thất lực nổi" để xác định vị trí đường nước cuối cùng (ở đây không trình

bày phương pháp này)

34.23 Tính lượng vào nước bằng phương pháp “tiệm cận phân bằng nhau”

SO TAY HANG HAI 341

Dưới đây đưa ra một ví dụ thực hành về cách tính

Vidu,”

Tau XXX L„/148m; d/7,040; d,/8,560m, (cdc tham s6 thuỷ tĩnh của tàu xem bảng tham số thuỷ tĩnh (thước trọng tải) trên hình 30.15, Chương 30) Hầm hàng số 2 của tàu bị thủng phía trên đáy đôi, nước trong hầm và nước bên ngoài thông nhau theo như hình 34.03 Thông số

hầm hàng cho trong bảng 34.B Hệ số thấm yp của hầm là 0,80 Hãy tìm vị trí đường nước

cuối cùng và ổn tính của tàu

Giải,

Tính toán bằng phương pháp tiệm cân phần bằng nhau, quá tình tính toán ghỉ trong bằng

3ÁC,

Trạng thái ban đầu (cột "Trạng thái ban đầu")

Từ dị, d, tính dạ và t; ầm trong tư liệu tầu khoảng cách từ tâm hầm 2 đáy và hầm 2 boong giữa (tweendeck) X=34,60m; tính độ cao của mặt đường nước đến đường cơ bản tại X đ,=7,425m Tính chiểu cao mực nước trong hầm h= d;-1,420m = 6,005m (độ cao d, trừ chiều cao đáy đôi)

BANG DUNG TICH HAM HÀNG SỐ 2 GỦA TÀU XXX

345

Chigu cao dén] Dung tick Chiéu cao từ Ghi cho: lạ ene cao Dung tích | Chiểu cao từ Ghi cha

Hay hém hang) hm (m3) jđường cơ bản n gly ham | (may — jđường cơ bẩn

0 0 1.42 Dung tích 0 0 9.50 Dũng tích 0.5 150 1.6? _| hàng rồi 04 162 9.70 hàng rồi

10 329 1⁄94 "| cla ham: 08 324 9.90 của hẩm: 1⁄5 41 2.20 | 3282 m3, 12 487 10.10 | 4162 m3, 2.0 699 | 2.4 | trọngtâm 16 651 10:30 | trong tam

25 890 2.72 cách giữa 20 815 10.50 | cách giữa 3.0 1084 2:98 — {tau 34,.62m 24 980 10.790 {tau 3458m

35 1281 3.24 2.8 1145 10.90

4.0 1480 3.50 32 1310 11.10

45 1682 3.76 Dưới miệng 1474 1131

5.0 1887 4.02 quầy bao gồm| 1572 11.46

5.5 2092 4.28 miệng quấy

6.0 2300 4.54

65 | 2809 | 4480

70 2720 3,06

1.5 2932 5.33

Dưới xà ngang 3094 5.52

Cho độ sâu vào nước giả định trong hầm là h+h/2=9,008m Từ trong tư liệu của tàu, với

;chiều cao:9,008m tra được dung tích hàng bao của hầm hàng là 3715mỶ (ứnh gần đúng,

không có trong bảng 34B) Tỷ số chất xếp giữa hàng rời và hàng bao là 1,061; khối lượng

riêng của nước biển 1,025t/m”

Tính lượng nước vào giả định là P = 3715 x 0,8 X 1,061 x 0,98=3 298t,

Đem mớn nước trung bình ban đầu 7,8 m tra trong bảng tham số thuỷ tĩnh hình 3.15 tìm

lượng chiếm nước tương ứng, đem lượng chiếm nước cộng với P/2 (một nữa lượng vào nước

giả định P) được lượng chiếm nước giả định Dùng lượng chiếm nước giả định vào bảng

thông số thuỷ tĩnh hình 30,15 (Chương 30) để xác định TPC, X; và MCT, tinh &d, ot dd,

từ đó tính mớn nước mới d; = 11,021 m, dạ = 7,233 m, mớn nước trung bình dạ = 9,127 m và

hiệu mớn nước t = 3,788 m ghi vào cột "Tính lần thứ nhất")

2 Tính toán lần thứ nhất

Dùng các đại lượng d; = 11,021 m, dạ = 7,233 m, mớn nước trung bình đụ = 9,127 m và hiệu mớii nước t =:3,788 m làm các dữ liệu ban đầu, tính chiểu cao d„ của mặt đường nước tại vị

trí tâm X của khoang bị nạn; trừ d, cho chiều cao đáy đôi nhận được chiểu cao của mặt đương, nước đến đáy khoang h= 8,593 m Tính chiều cao vào nước giả định 8,593 -(9,008-

8 393)2 = §, 801 m Tìm dung tich hang bao trong I hâm khoang tương ứng với mớn giả định 8,801 m (không cho trong bắng 34.B ) được 3582 mì,

“Tính lượng nước vào giả: định (giống như ở bước ban đâu) P= 3582 x0,8x 1,061 x 0,98 =

BBO te nỉ

‘Dem mớn nước trung bình ban đấu dn = 78 m trong bảng tham số thuy tinh hinh 30.15 tim lượng chiếm nước tương ứng, đem lượng chiếm nước cộng với P/2 (một nữa lượng vào nước 'giả định P) được lượng chiếm nước giả định, i lượng chiếm nước giả định tìm TPC, X; và MCT trong bang hinh 30.15, tinh dd, ot, , từ đó tính mớn nước mới d; = 10,920 m, dạ =

¡7,265 m, mớn nước tụng bình dn = 9,093 m va A liệu mmớn nước t = 3,655 m ghi vào cột "Tính lân thứ hai" :

487181 tàn Bảng tính toán tính chống chìm của hầm hàng số2 Tàu XXX

34.C

7 : Mục Trạng Tính Tính Tính Tính Trạng

“ thái `| lần thứ | lần thứ | lần thứ | lần thứ | thái cuối

đầu | nhất hai ba tự

„z:idr(m) ut + | 7/040 | 11021 | 10,920 | 10,868 | 10,829 | 10,804 z|:đạ@m)- -;+z 8560 |7233 |7265 17,279 | 7,290 | 7,300

dj, (m) + |-7,800 | 9,127 | 9,093 | 9,074 | 0,060 | 9,052

tím) -1,520 | 3,788 | 3,655 | 3,589 |3,539 |3,504

d, (m) = dat X/L (in) 7,425 | 10,013 | 9,947 | 9,913 | 9,887

oT HE -1,420m ` * 16,005 | 8,593 | 8,527 | 8,493 | 8,467

" FBS sau vao nude gid dinh | 9,008 | 8,801 | 8,664 | 8579 | 8523

+ | bượng vào nước gid dinh (t) | 3298 | 3180 |3124 |3093 |3072

TPC (t/cm) 25,40 | 25,35 | 25,30 | 25,30 | 25,30

| Xr(m) "|-L12 |-L10 | L10 1,0 1,10

MIC (t m/cm) 2200 |2195 |2195 |2195 | 2195

| õd„ (m) 1287 |1254 |1235 |1222 | 1214

ất Gn) 5308 | 5,175 | 5,109 |5059 | 5,024

;:H| ðdr(m) si 3,981 (3,880 | 3,828 | 3,789 | 3/764

8d, (m) -1,327_| -1,295_| -1,281 | -1,270 | -1,260 '

Qua 4 lần tính toán, nhận được dr = 10,804 m, dạ = 7,300 m, mớn nước trung bình d„ạ = 9,052

m và hiệu mớn nước t = 3,504 m Cho đến lúc này mớn nưỡc trung bình (9,06 m) còn cách biệt mớn nước trung bình lần tính trước đó (9,074 m) trên dưới 0,01 cm , cho nên có thể lấy

đường nước này là đường nước cuối cùng

34.3 Tiêu chuẩn ổn tính tai nạn của tàu

i *o SO TAY HANG HAI 349

34.3.1 Yêu cầu ổn tính tai nạn của tàu dầu

Theo MARPOL 73/78, ổn tính tai nạn của tàu đầu phải thoả mãn những yêu cầu sau đây,

1 Đường nược cuối cùng phẩi nằm thấp hơn mép dưới của bất cứ lỗ nào mà qua đó nước có 'thể tràn vào Các lỗ này bao gồm các ống thông hơi, các lỗ đóng kín bằng cửa kín thời tiết,

icác cửa húp lô (đường nước cuối cùng là đường nước tương ứng với trạng thái nổi không

.còn biến đổi nữa của tàu)

2 Ở giai đoạn ngập nước cuối cùng, góc nghiêng do ngập không đối xứng không được quá 25,

' góc này có thể tăng lên 30° nếu mép boong không bị ngập

3 Ở giai đoạn ngập nước cuối cùng, đường cong cánh tay đòn ổn tính có ít nhất phạm vi 20°

sau điểm cân bằng ( equilibrium), đông thời cánh tay đòn ổn tính thặng dư lớn nhất tối thiểu

bằng 0,1 m trong phạm vị 20° , diện tích dưới đường cong trong phạm vi này ( diện tích ổn tinh tinh thặng dư) không được nhỏ hơn 0,0175 m.rad

4 Ngoài ra chính quyển hành chính phải đảm bảo đủ ổn tính cho tàu ở các giai đoạn ngập nước trung gian

Tiến hành các tính toán theo các yêu cầu nói trên chủ yếu xem xét tới 3 khía cạnh : kết cấu của tàu, hệ số thấm của các không gian và mức độ hư hỏng giá định như sau,

+ _ Phải tính riêng các khoang đây hàng và các khoang không đây, lưu ý khối lượng riêng của chất lỏng

Khoang đây và khoang không đây có hệ số thấm không giống nhau cho nên phải tính

riêng ảnh hưởng của khoang bị hỏng đối với tính nổi của tàu

Nói chung, khối lương riêng của hàng lồng chuyên chở trên tàu dầu nhỏ hơn khối lượng

riêng của nước biển cho nên sau khi bị tai nạn vào nước, hành lỏng vẫn nổi trên mặt nước trong khoang, khi tính toán ảnh hưởng của tai nạn phải lưu ý yếu tố này

„ _ Hệ số thấm của tàu dầu được xác định theo bảng 34.A

« _ Lực nổi của toàn bộ phần kiến trúc trên vị trí hư hỏng coi như mất hoàn toàn Nhưng lực nổi của phân kiến trúc không trực tiếp mà có ngăn cách bằng cửa/vách kín nước với

khoang bị hư hỏng thì vẫn tổn tại

+ Anh hưởng của mặt thoáng tự do phải được tính ở góc nghiêng ngang 5° riêng cho mỗi khoang

« _ Khi tính toán ảnh hưởng của mặt thoáng tự do trong các két của chất lỏng tiêu thụ (dẫu,

nước) đối với ổn tính, thì phải giả thiết rằng ít nhất phải có một két giữa hoặc một cặp

kết mạn có ảnh hướng của mặt thoáng là lớn nhất

34.3.2 Yêu cầu ổn tính tai nạn của tàu hoá chất chở xô và tàu khí hoá lồng ( tham khảo IBC

SO TAY HANG HAI 350