Chất xếp và bảo quản hàng hóa trên tàu biển

Chất xếp và bảo quản hàng hóa trên tàu biển

BIEN SOAN : NGUYEN VĂN THƯ _ HIEU DINH : NGUYEN NGOC TUAN

—

^ _ CHẤT XẾP VA BAO QUAN HANG HOA

~

TRÊN TÀU BIỂN

PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC HÀNG HẢI PHÍA NAM

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học về chất xếp và bảo quản hàng trên tau nhằm cung cấp cho học sinh nững kiến thức cơ bản về hàng hoá bên cạnh việc hệ thống lại các kiến thức về ổn định và sức bền

hàng dam bảo an toàn cho tàn, hàng hóa và con người Tài liệu hướng dẫn liên quan đến môn học này hiện nay có khá nhiều nhưng chủ yếu bằng tiếng Anh và hầu hết được xuất bản từ những năm 1970 Những thông tin giúp cho việc cập nhật kiến thức lại xuất hiện khá rời rạc với số lượng hạn chế Tài liệu chính thức,cho việc học môn này tại Uường Đại học Hàng hải là cuốn “Chất xếp và bảo quản hàng hóa trên tàu “ của Đỗ Viết Sử nhưng đã lâu không tái bản nên không có cho.học sinh lầm tài liệu › học _ tap Chính vì những lý do trên, tôi mạnh dan biên soạn cuốn tài liệu này giúp cho học sinh có thêm một tài liệu tiếng Việt để tham khảo và cũng giúp cho những người quan tâm đến môn học này tham khảo thêm Trong quá trình biên soạn, do khả năng hạn chế và kinh nghiệm thực tế còn ít nên không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự góp ý của đồng nghiệp và độc giả để cuốn sách được hoàn chỉnh hơn Tôi cũng chân thành cảm ơn

Thuyén trưởng, Kỹ sự Nguyễn Ngọc Tuấn đã góp ý nhiều ý kiến quý báu giúp cho tôi

_' Thành phố Hồ Chí Minh 4/1998

Người biên soạn.

: Mớn nước và hiệu số mơn nước

: Hồ sơ tính ổn định và mớn nước của tàu Sức bền thân tàu _

Khái niệm về sức bến thân tàu

Phần II : Công tác chất xếp và bảo quản hàng hóa trên tàu

Hàng hóa trong vận tải biển

Hư hồng và thiếu hụt hàng hóa Thông gió hầm bằng tàu hàng khô Công tác chất xếp hàng bách hóa trên tàu

Sơ đỗ chất xếp hang

Các bước lập sơ đề chất xếp hàng Công tác chất xếp hàng bách hóa Chung IIT: Phương thức vận chuyển một số loại hàng

El E2 E3

E8

thường gặp : Vận chuyển gạo : Vận chuyển hàng nguy hiểm

: Vận chuyển dầu mô

&9; Vận chuyển khí đốt hóa lỏng É10 : Vận chuyển hóa chất lỏng chở x6

€11 : Van chuyén container

PHẦẨNI

Chương!: ON ĐỊNH VÀ SỨC BỀN TÀU

E1 CÁC KHÁILNIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CHUNG

a/ Chiều dài thiết kế của tàu ( Length between perpendiculars) Lpp; LBP

Là khoảng cách giữa đường thủy trực mỗi và đường thủy trực lái của tàu trong đó đường thủy trực mũi FP (Fore perpendicular) là đường thẳng đứng đi qua giao điểm của

đường nước mùa hè (hay đường nướcc thiết kế) DWL với mép trước sống mũi tầu và

đường thủy trực lái AP ( After perpendicular) là đường thẳng đứng đi qua giao của mép

sau trục bánh lái và đường nước thiết kế DWL

b / Chiều rộng thiết kế của tàu Bm ( Moulded breadth) là chiều rộng của tàu tại mặt phẳng sườn giữa hay là khoảng cách giữa các mép ngoài của vỏ tàu tại giao của

mặt phẳng sườn giữa và DWL So

Mặt phẳng sườn giữa (Midship section) là mặt phẳng cắt ngang thân tàu tại nơi có chiêu rộng lớn nhất Với tàu buồm thì vị trí này ở sau điểm giữa chiều dài thiết kế một chút nhưng với đa số tàu hàng hiện tại thì chiểu rộng gần như không đổi theo dọc chiều

đài tàu nên mặt phẳng sườn giữa được chọn tại một nửa chiều dài thiết kế của tàu

Hình 1 chiều đài thiết kế cuả tàu

c /Mớn nước và độ sâu của tau

Ttrong phép đo mớn nước và độ sâu của tàu, người ta lấy mặt cơ bản là mặt phẳng ngang chứa ky tàu Từ đó ta có khái niệm mớn nước của tàu là khoảng cách từ mặt cơ bản đến đường nước của tàu, Tuy nhiên, trong khai thác tàu, người ta dùng nhiều loại mớn nước khác nhau, sau đây xin giới thiệu một khái niệm cơ bản là mớn nước thiết kế ctia tau ( Moulded draft) :

Món nước thiết kế của tàu đ là khoảng cách thẳng đứng từ đường nước thiết kế của tàu _ tại trọng tâm của đường nước đó đến mặtcơbân — -

Độ sâu thiết kế của tàu (Moulded depth) D là khoảng cách từ mặt cơ bản tới mép trên của tôn boong chính tại mặt phẳng sườn giữa

Chiều cao mạn khô (Free board) F là khoảng cách tính từ mép trên mặt boong chính tới đường nước tại mặt phẳng sườn giữa, Như vậy, với một đường nước bất kỳ ta có mạn khô thực tế và ứng với đường nước thiết kế sẽ có mạn khô thiết kế Mối quan hệ giữa mớn nước, mạn khô và độ sâu của tàu thể hiện qua công thức sau:

Hình 2 Mớn nước thiết kế, độ sâu và chiều cao mạn khô của tàu

d/Mặt phẳng đường nước WL (water plan) : là giao của mặt nước với vỏ tàu Một điểm quan trọng luôn được nhắc đến là tâm f của mặt phẳng đường nước Khi tàu thay đổi độ chúi do sự dịch chuyển hàng hóa, đự trữ v.v nó luôn quay quanh trục ngang di qua điểm này nên f còn được goi la tam quay doc (Tipping center)

e / Lượng chiếm nước của tau ( Displacement) A: 14 khéi lượng của thể tích nước bị tàu chiếm chỗ khi nó nổi trên đó A chính là trọng lượng của toàn bộ con tàu bao gồm bản thân nó cùng với trang thiết bị, thuyền viên, hàng hoá, dự trữ và nước dần có trên tàu, Trong hồ so tau thường cho sẵn giá trị lượng chiếm nước tàu không AÁ¿, là trọng lượng của bản thân con tau, cdc tr ang thiết bị và phụ tùng dự trữ trên đó kể cả lượng nước có trong nổi hơi của tàu

ø / Thể tích phần chìm của tàu là thể tích của phần chìm dưới nước của tàu Về độ lớn, nó bằng chính thể tích phần nước bị tàu chiếm chỗ, Tùy theo kết cấu của con tàu

mà phần chìm cuả mỗi tàu có hình dáng khác nhau Tâm thể tích phần chìm B chính là điểm đặt của lực đẩy Acsimet của nước lên tàu và điểm B còn gọi là tâm nổi của tàu ( Centre of buoyancy)

h/ Thể tích chứa hàng của tàu là thể tích của toàn bộ không gian dùng chứa hàng của tàu Với tàu chở hàng bách hóa cần phân biệt hai loại thể tích chứa hàng sau:

Thể tích chứa hàng bao (Bale capacity) là thể tích không gian chứa được hàng bao của tàu Thể tích này bao gồm không gian giới hạn bởi sàn hầm, mặt dưới sườn khỏe boong chính và từ mặt trong của các đệm lót cố định hay sườn khỏe hai bên thành hầm

hàng (xin xem thêm ở phần cấu trúc hầm hàng)

Thể tích chứa hàng rời (Grain capacity) là thể tích có thể chứa được hàng rời, chúng bao gồm thể tích chứa hàng bao và cả phần thể tích chỉ chứa được hàng rời của hấm hàng tức là phần không gian tạo bởi các sườn khỏe và vỏ tàu mà thông thường hàng bao kiện không chất vào được

1/ Hệ số chất xếp của hang SF (Stowage factor) 1A thể tích của một tất hàng nếu ta

có một khối hàng có trọng lượng w được xếp chặt chẽ và chúng chiếm một thể tích v thi SF được định nghĩa là tỉ số giữa V VÀ W

SF= v/w Đơn vị của SF là mÌ/t hoặc fỦ/C

Tùy thuộc từng loại hàng và cách đóng gói mà mỗi loại có SF khác nhau Bảng 1 ở trang dưới đây liệt kê hệ số chất xếp của một số loại hàng

Bảng 1

GÓI |

Vai lam bao bi bókiện _

2, Các hệ đơn vị dùng trên tàu ;

Hiện tại đang tổn tại hai hệ đơn vị dùng để tính toán trên tàu là hệ mét SĨ (international system) và hệ đơn vị Anh (Imperial) Ta có thể tham khảo bảng 2 để chuyển đổi giữa hai hệ này

Cách sử dụng bảng : muốn chuyển từ hệ SI sang hệ Anh, nhân với hệ số ở cột bên trái Ngược lại chuyển từ hệ Anh sang hệ mét, nhân với hệ số ở cột bên phải Lưu ý là 1 tấn

hệ mét bằng 1000 kg và 1 tấn dài bằng 1016 kg Ngoài ra còn đại lương tấn ngắn (Short ton) bằng 907,2 kg nhưng ít được dùng Xu thế hiện nay các nước sẽ chuyển sang ding theo hệ SI kế cả nước Anh từ sau Khi châu Au hợp nhất

Ổn định của tàu.là xu hướng trở về trạng thái cân n bằng ban đầu khi tàu bị ngoại lực tác động Lực tác động lên tàu có thể là lực tĩnh như khi nhận thêm một lượng hàng hoặc dự trữ hay có thể là lực động như tác động của sống, gió giật v.v Trong thực tế,

sự tác động của các lực này lên tầu có thể riêng rẽ hay tổng hợp với nhau và có phương

là bất kỳ, nhưng trong lý thuyết, để đơn giản người ta xét riêng rế tác động của từng

loại lực theo hai dạng chính là tác động làm cho tàu nghiéng ngang va nghiéng đọc ( hay còn gọi là chili) va tưởng ứng với các loại lực này sẽ có hai dạng ô ổn định là ổn định nghiêng ngang và ổn định đọc

Do kích thước theo chiều ngang của tàu nhỏ hơn nhiều so với chiều đọc nên ổn định nghiêng ngang thường ảnh hưởng nhiều đến an toàn của tàu hơn là ổn định dọc ( vì ổn

định đọc của tàu thường có giá trị rất lớn) Người ta tính toán ổn định dọc chủ yếu để

xác định tư thể của tàu theo chiểu dọc tức là sự chênh lệch món nước mối lái (hay độ chúi) và cách điều chỉnh chúng để đảm bảo tính ăn lái hay giữ tốc độ của tàu trên biển hơn là xác định xem nó có ổn định dọc tốt hay không

Khi xét ổn định nghiêng ngang, ngoài việc xác định tư thế của tàu điều quan trọng là còn phải xác định xem liệu tàu có nguy cơ bị lật khi ở trên biển hay không đưới tác động của các yếu tố đã nêu trên Cũng nhằm đơn giản hóa, người ta tính toán ốn định nghiêng ngang trong hai trường hợp là ổn định ban đầu ( ổn định tại các góc nghiêng

Như đã nêu ở trên, ổn định ban đầu là ổn định ngang tnh liên quan đến góc nghiêng

nhỏ của tàu Theo định luật Acsimet về lực nổi thì con tàu sẽ nổi trên nước khi có sự

cân bằng giữa trọng lượng cuả tầu và lực đẩy của nước tác động lên nó Khi tàu ở trạng thái nổi cân bằng thì hai lực này có độ lớn bằng nhau, cùng nằm trên đường thắng đứng vuông góc với mặt cơ bản Mối quan hệ giữa hai lực này quyết định đến ổn định cuả tàu nên ta xem xét kỹ từng giá trị một và mối quan hệ giữa chúng

a, Trọng tâm tàu

Hình 3 thể hiện mặt phẳng sườn giữa cuẩ tàu khi nó nổi ở tư thế cân bằng, lúc đó

lượng chiếm nước hay trọng lượng của toàn bộ con tàu được tổng hợp lại thành một lực duy nhất A đặt tại trọng tâm G của tàu Mặt cơ bản chứa kĩ tàu K Vị trí của G được xác định theo định luật vật lý thông dụng sau : Tổng mô men của các thành phần trọng lượng của một vật đối với một mặt phẳng não đó bằng mô men của tổng các thành phần trọng lượng cuá vật đối với mặt phẳng đó Điểm đặt của tổng hợp các thành phần trọng lượng tai trong tam G Để xác định tọa độ trọng tâm tàu, người ta chọn hệ tọa độ

có gốc tại mặt cơ bản K, trục x là giao của mặt này với mặt phẳng trục đọc của tàu, trục ngang y là giao của mặt phẳng sườn giữa và mặt cơ bản còn trục đứng z là giao của mặt phẳng sườn giữa và mặt phẳng trục dọc tàu

Với cách chọn này, độ cao trọng tâm Zg của tàu luôn dương và thường được kí hiệu là

KG hoành độ trọng tâm tàu Xg sẽ dương khi G nằm ở phía mũi của mặt phẳng sườn giữa và âm khi ở phía lái cuả mặt phẳng này Tung độ Yg sẽ dương khi G nằm ở bên phải tàu và âm khi nằm ở bên trái nếu ta nhìn từ lái về mũi, quy định này cũng áp dụng với các thành phần khác ở trên tàu, Giá trị Xg thường gọi là LCG liên quan đến

ổn định dọc của tàu sẽ được để cập ở phần sau Trong phần này, trước hết ta hãy tính

độ lớn của KG,

KG được tính bằng công thức sau :

AlxKGL+ 3 _WixKGi

KG ===—————— - (1)

Trong đó : - A, 1a lượng chiếm nước tàu không

- KGi;: độ cao trọng tâm tàu không được xác định nhờ thứ nghiệm nghiệng tại xưởng đóng tàu

¬ Wi: thành phần trọng lượng thứ ¡ trên tau Wi dai điện cho trọng lượng của các thành phần thay đổi như hàng hoá, nước đăn, dự trữ v.v Chúng thay đổi theo từng chuyến đi cuả tau

-KGi: độ cao trọng tâm của các thành phân trọng lượng

thay đổi thứ ¡

- Wi còn được gọi là trọng tải tổng cong (Dead weight) clia tau Dwt

- Tổng Ai+ Dwt chính bằng lượng chiếm nước Á cua tau

Vậy công thức (l) có thể viết lại là :

AlxKGL+ XiKGi

Ví dụ ï : Tìm độ cao trọng tâm của tàu có trọng lượng tau khéng AL= 4000t; KGL =

25 ft Các hầm được chứa các loại hàng đồng nhất có trọng lượng và độ cao trọng tâm như sau:

db, Sự ‘dich chuyén ¢ của 6,

Từ định luật v vật lý nêu trên, néu ta thêm, bớt hay dịch chuyển các thành phần trọng lượng trên tau sé lam cho vi trí của trọng tâm G thay đổi Công thức để tính khỏang cách địch chuyển của G khi dịch chuyển : một thành phần trọng lượng W di một khoảng

từ trên xuống đưới và ngược lại khi địch chuyển W lên trên

Khi thêm hay bớt một trong lượng nào đó trên tau thì công thức (2) sẽ trở thành :

- W là trọng lượng nhận thêm hay bớt di W mang dấu cộng khi

nhận thêm và mang đấu trừ khi bớtđi `

~A là lượng chiếm nước trước khi thay đổi

GGo có dấu âm khi W được nhận xuống vi tri ma trọng tâm của nó ở phía đưới mặt phẳng ngang đi qua trọng tâm tàu, GG, đương khi trọng tâm của W ở phía trên mặt phẳng này tính từ ky tàu Trường hợp bớt di một trọng lượng W thì nguyên tắc xét đấu

là ngược lại

Lưu ý : Khi dùng cần cẩu của tàu để cẩu một mã hàng thì ngay khi mã hàng rời khỏi mặt sàn, điểm đặt trọng tâm của nó lập tức được chuyển lên điểm treo là đỉnh cần cẩu Giá trị của Z trong trường hợp này là khá lớn nên có ảnh hưởng nhiều đến sự thay đổi

vị trí của G tức ảnh hưởng đến ổn định cửa tàu đặc biệt khi tàu có lượng chiếm nước nhỏ mà khối lượng của mã hàng lớn

— Ví dụ 2 : Cũng con tàu cho ở ví dụ 1, Nếu nhận thêm 2000 tấn hàng có độ cao trọng tâm KG; = 19ft Tìm độ cao trọng tâm tàu sau khi nhận hàng

Giải : - Tìm khoảng cách Z :

4= 19~ 17,75 = 1,25 ft GG¡= (2000.1.25)/ (11470+2000) = 0, 185 ft GG¡ mang dấu dương do KG; > KG

Việc xét sự địch chuyển của trọng tâm tàu theo chiều thẳng đứng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tính toán điều chỉnh ổn định của tàu khi lập kế hoạch xếp hang va du đoán sự thay đổi ổ on dinh khi thém, bét hay dich chuyén hàng, dự trữ v.v Ở trên tàu

c, Vi tri tam nổi B Khi tàu nổi trên nước, tổng hợp lực đẩy của nước lên bề mặt phần chìm của tầu được đặt tại tâm thể tích B của phần này B côn được gọi l là tâm nổi cua tau (Centre of buoyancy) Dé cao tâm nổi KB là khoảng cách từ tâm nổi đến mặt

cơ bản được tính theo công thức sau :

KBs)

5 Vị:

/ iz]

Trong đó : - Vi là thành phần thể tích thứ ¡tạo nên phần chìm của tàu

~ KB;¡ là độ cao trọng tâm của thành phần thể tích thứ ¡ tương ứng

Tuy nhiên việc tính toán theo công thức trên khá phức tập, để tính gần đúng có thể ap

* Su dich chuyén cia B khi tau nghiéng ngang

Hình 4 Tâm nổi B và tầm nghiêng ngang cud tau

Giả sử lúc đầu tàu nổi cân n bằng, B nằm trên đường thẳng đứng thuộc mặt phẳng trục - đọc của tàu Khi tàu nghiêng, một thể tích hình, nêm phần chìm của tàu sẽ.chuyển từ mạn cao sang mạn thấp như trong hình 4 Điều này làm cho B dich chuyển sang vị trí mới B` theo chiều dịch chuyển của hình nêm, có hướng song song với đường nối trọng tâm của hai hình nêm g¡ ø;và có độ lớn bằng ;

d, Tâm nghiêng ngang M (khuynh tâm)

Ta đã biết B là điểm đặt của lực nổi hướng từ dưới lên trên và khi tàu nghiêng B sẽ

dịch chuyển như đã nói ở phần c Người ta gọi giao điểm của đường tác dụng của lực

nổi qua B tại hai góc nghiêng liên tiếp nhau là tâm nghiêng ngang M của tàu (Metacenter) ở những góc nghiêng nhỏ (dưới 15 °) coi đường tác dụng của lực nổi tại

các góc nghiêng khác nhau cắt nhau tại một điểrn cd định nằm trên đường thẳng đứng -

đi qua trọng tâm G khi tàu cân bằng M còn gọi là tâm nghiêng ngang ban dau Khéang

cách BM nhvu trong hinh 4 dude goi la ban kinh tam nghiêng ngang Nó được tính toán

sấn và chọ trong hồ sơ tàu

* Độ cao tâm nghiêng KM :

Trong đó : - Ilà mô men quán tính của mặt phẳng đường nước so với trục đọc tàu

(m‘ hay ft) Nếu mặt phẳng đường nước là hình chữ nhật thì : 1= LB/12

Với L là chiều dai và b là chiều rộng của mặt phẳng đường nước đó

Khi mặt phẳng đường nước có hình dạng khác hình chữ nhật thì :

e, Xác định độ ổn định ban đầu của tàu

Khi tàu nghiêng một góc nhỏ 9, Với giả thiết ảnh hưởng của các két chứa chất lỏng chở vơi là nhỏ, ta coi trọng tâm tàu không đổi Tâm nổi B địch chuyển sang mạn

nghiêng và lúc này lực tác động tai B và G không còn triệt tiêu nhau như khi tàu cân bằng mà tạo thành một ngẫu lực Khi M nằm phía trên G thì ngẫu lực này tạo thành một mô men có xu hướng đưa tàu về vị trí cân bằng ban đầu đó chính là mô men hồi

Từ công thức (7) ta có mối quan hệ sau:

+ Nếu G ở đưới M hay GM >0, mô men hồi phục M, sẽ dương, tầu Ở trạng thái cân bằng ổn định Lúc này, khi tàu bị nghiêng M; luôn có xu hướng đưa nó trở về trạng thái

cân bằng ban đầu ( như trong hình 5 ) si

-_ + Nếu G trùng với M hay GM.=0 thì M, cũng bằng không Lúc này tầu Ở trạng thái cân bằng phiếm định tức là nó luôn cân bằng tại vị trí được đặt, nến có một tác động vào,

nó lại chuyển sang trạng thái cân bang mdi do hau qua | cua lực tác động đó Hình 6a thể hiện con tàu ud 7 trạng tt thái này, tầu luôn có ó M;= 0 do GZ=0

+ Nếu G ở phía trên của M hay GM<0 thì khi một lực tác động làm cho tàu nhiêng khỏi

vị trí cân bằng ban đầu, mô men do các lực tác động qua G và B sẽ đẩy cho nó nghiêng thêm theo chiều của ngoại lực như trong hình ób Lúc này tàu ở trạng thái mất ổn định ban đầu Tuy nhiên một tàu ở trạng thái này không hẳn là sẽ bị lật sấp mà nó có thể chỉ nghiêng tới một góc nghiêng nhất định tùy thuộc vào độ lớn khoảng cách â âm giữa M và

G Ta sẽ để cập kĩ hơn vấn để này ở phần sau

Từ hình (7) xét khi tàu nghiêng, chất lỏng trong kết sẽ đồn sang mạn thấp, trọng tâm của két dịch chuyển đi một đoạn 881 làm cho trọng tâm tàu cũng dịch chuyển theo một

Với w là trọng Tượng của chất lồng trong két,

Lúc này, mô men hồi phục của tàu được tính bằng : :

Như vậy trong tinh toán ta coi như trọng chiều | cao tâm nghiêng của tàu bị mất a một

lượng GGŒ, Giá trị của Go được tính theo công thức sau :

Trong đó : - V :thể tích phần chìm của tàu

_-Š: d trọng chất lỏng trong két

- do : tỉ trọng nước ngoài tàu

ha Ï: mô men quán tính của mặt thóang chất lỏng trong két đối với trục song song với trục dọc tàu đi qua trọng tầm mặt thóang đó Trong thực tế 1 tính được

nhờ công thức sau:

H

I=lbỦ

Với 1, b là kích thước của mặt thoáng theo chiều đọc và chiều ngang tàu k là hệ số và

k=12 khi mat thoáng có hình chữ nhật

k= 36 khi mặt thoáng có hình tam giác vuông

k=48§ khi mặt thoáng có hình tam giác cân ` Trong công thức (9) ta thấy Võo chính là lượng chiếm hước của tau nén công thức này

có thể viết lại thành:

GG„= lỗ/ A - ee q0)

-_ Nếu trên tàu có nhiều két chở vơi thì công thức (10) được áp dụng cho từng két và cộng tất cả các kết quả lại và chiều cao tâm nghiêng thực tế ( đã hiệu chính ) được tính bằng công thức q 1) sau :

_[ GIM=KM-KB -6G,_

Lưu ý: Trong nd sơ ổn định cha tau thưởng đã tính sẵn giá trị lồ cho từng két ứng với mặt thóang lớn nhất của chúng và được gọi đưới tên “mô men mặt thoáng” Es Như vậy muốn tìm GG, chỉ cần lấy tổng Fs của các kết chổ vơi chia cho lượng chiếm nước là được Cũng có những tàu đã tính sẵn giá trị GG, đối VỚI từng két khi chở vơi tại một vài lượng chiếm nước A cuả tàu Ta có thể sử dụng bằng cách lấy tổng các giá trị GGo của các két chở vơi ứng với lượng chiếm nước gần thực tế nhất mà không gây sai số đáng

kể

GoM của một tàu thường phải đạt một gía trị nhất định theo khuyến cáo của các quy phạm quốc gia hay quốc tế tùy thuộc vào loại tàu và hàng chuyên chở, chẳng hạn GoM của tàu chở hàng hạt không được nhỏ hơn 0,3m theo quy định của công ước quốc tế về

an toàn sinh mạng người trên biển (SOLAS 1974)

Khi tàu có GạM quá lớn được gọi là tàu lắc cứng (suff) Lúc này tàu có mô men hồi phục tại các góc nghiêng nhỏ lớn nên khi bị nghiêng nó trở lại tư thế cân bằng nhanh

tức là chu kì lắc ngắn Ở trên biển, nếu tàu lắc quá nhanh sẽ ánh hướng không tốt đến

sự hoạt động của máy móc, thuyền viên và dé gay nén su dich chuyển của hàng hóa do _ gia tốc lắc lớn Ngược lại, khi tàu có GoeM quá-nhỏ thì mô men-hồổi phục ban đầu sẽ nhỏ, tàu đễ bị nghiêng và trở về tư thế cân bằng chậm, trạng thái này được gọi là lắc mềm (tender) Khi tàu lắc mm, sẽ ít ảnh hưởng tói thuyển viên và hàng hóa trên tàu nhưng có biên độ lắc lớn nên dễ bị nguy hiểm nếu gặp thời tiết xấu, nước dé tran lén mat boong lam hu héng hang hóa ` và tàu

* On định của tàu có GM am

Khi tàu có chiều cao tâm nghiêng GM âm, nó ở trạng thái mất ổn định Tuy nhiên, tàu

sẽ không bị lật trừ khi giá trị âm khá lớn Với giá trị GM âm nhỏ, tàu sẽ nghiêng sang một bên bất kì, lý do là khi có ngoạ! lực tác động lên tàu đù nhỏ làm cho B lệch khỏi vị trí ban đầu thì ngẫu lục qua B và G sẽ cùng chiều với chiều cuả ngoại lực này làm cho tàu nghiêng thêm theo hướng tác động của ngoại lực ( tham khảo phần e của mục này) Tàu sẽ nghiêng cho tới khi nào B dịch chuyển đến phía đưới của G trên cùng một

đường thẳng đứng thì dừng lại, lúc này mô men nghiêng bằng không do GZ = 0 như

Tại vị trí cân bằng mới, tàu đã ổn định vì nếu nó bị nghiêng thêm nữa về cùng phía thì khi B dịch chuyển, M cũng dịch chuyển theo và trong giới hạn tới 20° thì M có xu hướng dịch lên và sẽ vượt lên phía trên cuả G và lúc này mô men hồi phục sẽ dương do

GM bắt đầu dương Nếu tại vị trí này có ngoại lực tác dụng theo phiá ngược lại thì tàu

sẽ từ từ trở về vị trí thẳng đứng và nghiêng sang phía ngược lại đó một góc tương tự

Cân bằng ổn định Bắt đầu nghiêng | ._ Vị trícân bằng mới

Điều hết sức quan trọng ở đây là phải phân biệt được trạng thái nghiêng của tàu là do

GM âm (Loll) hay do G lệch khỏi mặt phẳng trục dọc của tàu (List) Khi ta bố trí các

thành phân trọng lượng trên tàu làm cho G lệch khỏi mặt phẳng trục đọc, tàu cũng

nghiêng sang một bên mặc dù GM vẫn dương Điều khác biệt là lúc này góc nghiêng của tàu luôn cố định ở một bên do tàu cân bằng ổn định ở góc nghiêng đó, dù ngoại

lực có tác động theo chiểu nào thì mô men hồi phục vẫn dương và có xu hướng đưa tàu

về cân bằng tại góc nghiêng đó Còn trong trường hợp GM <0 thì góc nghiêng không

cố định ở một bên nào mà thay đổi theo hướng tác động của ngoại lực Trên biển sẽ

thấy tàu có chu kỳ lắc dài, chậm (Sluggish) với biên độ lớn Trạng thái này rất nguy hiểm vì tàu có thể bị lật khi gặp thời tiết xấu ce eee ce

Ta cũng có thể tính được góc nghiêng của tàu ứng với giá trị ¡ GM âm bằng công thức

sau :

“\ BM

Và tại góc nghiêng này tàu có chiều cao tâm nghiêng mới là :

.GMI = 2GMsecd Với GMI¡ là chiều cao tâm nghiêng mới và GM là chiều cao tâm nghiêng (âm) ban

đầu

ø, Hiệu chỉnh thế vững ban đầu của tàu

Khi lập sơ đề chất xếp hàng và bố trí lượng dự trữ trên tàu, ta luôn phải tính toán sao cho tàu ở trạng thái ổn định thích hợp nhất, không quá “cứng” hoặc quá “mềm” như đã nêu ở trên Tuy nhiên đôi khi giá trị ổn định của tàu tại một thời điểm nào đó không được như ý muốn Lúc đó phải tiến hành hiệu chỉnh theo các cách sau:

tg9

+ Dịch chuyển các thành phần trọng lượng như hàng, nhiên liệu, nước ngọt theo chiều

thắng đứng Việc tính toán để hiệu chỉnh này thực chất là làm thay đổi vị trí trọng tâm

G theo ý muốn Áp dụng công thức (2) ta có :

Trong đó : - GG; là lượng chiều cao tâm nghiêng cần hiệu chỉnh

- Z4: Khỏang cách thẳng đứng giữa trọng tâm lúc trước và sau dịch chuyển

- W : trọng lượng cần dịch chuyển

Việc xét dấu cua GG, trong công thức (12) ngược lại với quy tắc xét đấu đã nêu trong

mục b của phần này tức là GG¿ mang dấu dương khi địch chuyển trọng lượng từ trên

xuống dưới và ngược lại sẽ mang dấu âm khi dịch chuyển từ dưới lên trên

Ví dụ 4 : Cũng với giá thiết như ở ví dụ 3 của phần b mục này, nếu biết KM =20ft thì

chiều caỏ tâm nghiêng trước khi dịch chuyển là :

thêm chút ít nhưng khi GM đương đủ lớn thì góc nghiêng sẽ giảm dần Nếu ta bơm

nước dẫn vào mạn cao trước thì hiện tượng xảy ra lúc đầu giống như khi ta dịch chuyển

hàng từ mạn thấp sang mạn cao, tàu sẽ bị nghiêng sang mạn kia một cách đột ngột và với góc lớn hơn do bị tác động thêm của mô men nghiêng do trọng tâm bị dịch chuyển khỏi trục dọc Sau khi chắc chắn rằng GM đã có giá trị dương, mới tiến hành bơm vào két ở mạn đối diện và tiến hành cân chỉnh để tàu không bị nghiêng do G lệch khỏi mặt

phẳng trục dọc Cần lưu ý ảnh hưởng của mô men mặt thoáng do chất lỏng gây nên nếu

két không được bợm day Ap dụng công thức (10) để tính lượng ảnh hưởng này Ta

cũng dùng công thức (2a) để tính sự thay đổi của GM khi biết trọng lượng nước được

bơm vào và áp dụng công thức (12) để tính GM sau hiệu chỉnh Nếu tàu bị nghiêng do

G lệch khỏi mặt phẳng trục dọc mà hiệu chỉnh bằng cách dịch chuyển trọng lượng theo

chiều thẳng đứng thì cũng không thể triệt tiêu được góc nghiêng |

Vi du 5: Tau cé chiéu cao tam nghiéng ban đầu là 0,9 m, lượng chiếm nước A =

6500t Nhận thêm 100 tấn hàng có trọng tâm cao hơn trọng tâm tàu Z = 4 m Hãy tìm chiều cao tâm nghiêng sau khi nhận hàng

Giải : - Lượng thay đổi chiều cao tâm nghiêng :

GGo = Zw/(A+w) =(100.4)/(6500+100) = 0,06m

- Chiểu cao tâm nghiêng sau khi nhận hàng :

GoM = GM -GGo =0,9 -0,06 = 0,84m 14

Ta thấy từ các công thức 2, 2a, khi biết 2 yếu tố bất kỳ thì có thể tìm được yếu tố còn

lại, nghĩa là ta có thể tìm được trọng lượng cần dịch chuyển đi một khoảng cách nhất định hoặc tìm khoảng cách để dịch chuyển một khối lượng nhất định để có được GGi

theo ý muốn hày tìm được GG, khi biét trong lượng và khoảng cách địch chuyển

Việc áp dụng công thức (12) cho trường hợp thêm bớt một trọng lượng để tìm GM mới chỉ đúng khi khối lượng đó là khá nhỏ vì ta đã coi M là không đổi trong suốt quá trình

đó Thực tế M sẽ thay đổi khi lượng chiếm nước của tàu thay đổi Nên với những khối lượng lớn cấn thay đổi ta phải làm theo các bước sa :

- Tìm lượng chiếm nước mới sau khi thay đổi

- Tim gid tri KG sau khi thay đổi -

- Ap dụng công thức 8 để tìm GM mới và công thức 12 nếu sự thay đổi có xuất hiện mặt thoáng chất lỏng

Ví dụ 6 : Tại lượng chiếm nước 6596 tấn có KM = 35,34 ft KG, = 29,34 ft Nhận thêm

ˆ 1500t hàng tại vị trí có độ cao trọng tâm KG = 21,34ft Tìm chiểu cao tâm nghiêng cuả

tàu sau khi xếp hàng, biết rằng sau khi xếp xong KM: = 31,76 ft

Giải : - Lượng chiếm nước mới là :

- Chiều cao tâm nghiêng thay đổi :

G¡M= GoM - Go G, =6-1,1=4,9 ft

Như vậy kết quả sẽ sai khác là 1 ft, từ cách tính trên :

* Kiểm tra thế vững của tàu bằng thực nghiệm

Trong thực tế, với những tàu cỡ nhỏ ( đài cỡ 70 m theo IMO ) ta cé thể tính toán chiều cao tâm nghiêng thực tế bằng những cách sau :

+ Chuyển một lượng hàng hay nước dần theo chiều ngang sang một bên mạn, đọc giá

trị góc nghiêng ngang của tàu, lúc đó: ˆ

W.x GM=

Asin9

Trong đó :

- W : khối lượng được dịch chuyển

-x : khoảng cách ngang giữa trọng tâm của khối lượng trước và sạu khi dịch chuyển

+ Cách thứ 2 : Đo chu kỳ lắc tự nhiên T của tàu, sau đó áp dụng công thức :

GMb = (fB)/T”

trong đó : - B : chiều rộng của tàu tính bằng mét

- f :hệ số ; T tính bằng giay

Với những tàu thông thường không phải tàu đầu f có giá tri sau:

- _ Tầu không háng hay có chứa dầu f = 0,88

- - Tàu chở đầy tải và lượng chất lỏng w chiếm tỉ lệ tính theo.phần.% của trọng

lượng thay đổi có trên tàuDWT(hàng ,chất lỏng, dự trữ ) :

động lắc của tàu nhờ cẩu tàu hay cẩu bờ và một trọng lượng đủ lớn để gây nên một lực

động tác động lên tàu, đồng thời cũng phải chú ý là tàu phải được dao động tự do nghĩa

là không bị hạn chế bởi các dây buộc tàu,bị tựa vào cầu hay bị chạm đáy do nước nông Giá trị của T nên lấy là giá trị trung bình của số đo một số dao động lắc của tàu nhờ đồng hỗ bấm giây, công thức trên sẽ có sai số lớn khi giá trị GM bằng và nhỏ hơn 0,2

m

"Bài tập :

1, Một tàu có lượng chiếm nước 1800 tấn và KG = 3m nhận thêm 3400 tấn hàng cé KG

= 2,5m và 400 tấn dầu có KG = 5m Tìm KG của tàu sau khi xếp thêm hàng và nhiên

2, Một tàu có lượng chiếm nước ban đầu 3420 tấn và KG = 3,75 m Trong quá trình chạy đã dùng hết 66 tấn dầu KG = 0,45 m và 64 tấn nước KG = 2m Tìm KG của tàu tại

lúc cuối chuyến đi

3, Một tàu có lượng chiếm nước 5500 tấn có KG = 5m nhận thêm một số hàng sau :

1000 tấn tại KG = 6m

700 tấn tại KG = 4m:

300 tấn tại KG = 5m

sau đó bơm xả ra ngoài 200 tấn nước dần có KG = 0,5m Tìm lượng hàng có thể xếp

thêm ở trên boong ( với KG = 10m ) để tàu có chiều cao tâm nghiêng là 0,3m với KM

sau cùng là 6,3 m,

4, Một tàu có lượng chiếm nước hiện tại là 9000 tấn KG = 6m ; KM = 7,3m nó phải chạy một quãng đường dài 19 ngày với lượng tiêu thụ 26 tấn đầu 1 ngày (KG = 0,5m ) Tìm lượng hàng có thể xếp thêm ( tại KG = 10m ) để cho ƠM tại cẳng đích luôn lớn hơn 0,3m

16

5, Một tàu rời cảng ở tư thế cân bằng, chở đây gỗ có cả gỗ trên boong Trong thời gian chuyến đi, lượng nhiên liệu, nước ngọt được sử dụng đều ở các két ở 2 bên mạn Nếu cuối chuyến đi thấy tàu bị nghiêng, hãy lý giải nguyên nhân có thể nhất làm cho tàu bị - nghiêng và cách khắc phục tình trạng này

6, Tàu tới cảng với lượng chiếm nước 6000 tấn và KG = -ốm, s sau đó có su thay đổi về hàng như sau :

ˆ Trỏng thời gian nằm tai cdng tau ding hét 40 tấn dầu (KG z 1m) và 20 tấn nước ( KG

= 1,5m ) Nếu KM tai thời điểm cuối là 6,9 m thì GM lúc này là bao nhiêu

7, Tàu có lượng rẽ nước tàu không là 2800 tấn và KM tàu không là 6,8m, nhận thêm

400 tấn hàng ( KG = 6m ) va 700 tấn ( KG = 4,5m ), sau khi nhận, tìm được KG = 5,3m

* Góc nghiêng của tàu do G lệch khói mặt phẳng trục dọc -

Ở các phần trên ta đã xác định được KG và ƠM Mếu G lệch khỏi mặt phẳng trục dọc (yo# 0) do bố trí hàng không cân đối hay do địch chuyển, thêm, bớt hàng, ta có thể xác định được các yếu tố gây nghiêng trong trường hợp này nhờ công thức :

AL ; You là lượng chiếm nước và tung độ trọng tâm tàu không

w¡; yo¡ là trọng lượng và tung độ phần trọng lượng thứ ¡ với quy ước yơ¡ dương nếu G ở liên phải và yo âm nếu G ở bên trái mặt phẳng trục đọc, w dương khi nhận thêm w;

âm khi đỡ bớt khỏi tàu Nếu dịch chuyển hàng thi yc bang khoảng cách ngang giữa trọng tâm trước và sau khi chuyển, sang phải là dương và sang trái là âm

Khi tính toán Ð theo công thức (13) ta không đưa dấu yc vào công thức mà dùng dấu đó

để xác định xem tàu nghiêng phải hay trái sau khi tìm được 9

Trường hợp tàu đang cân bằng mà phải dịch chuyển một trọng lượng di một đoạn y hay

nhận thêm hoặc bớt một lượng cách mặt phẳng trục dọc một khoảng y nào đó thì góc

nghiêng ngang của tàu tìm được từ công thức sau 1 | |

17

A.ƠM _ GM ¬

WwW y GG,

dựa vào công thức (13) và (14) ta cũng có thể tìm được trọng s lượng Ww hay khoảng cách

y cần dịch chuyển để đưa tàu từ rạng thái nghiêng một góc 8 nào đó về trạng thái cân

+ Tìm mô men gay nghiéng : Zw; y;

KM không đổi

Giải : - Tìm tung độ trọng tâm tàu hiện tại ye từ công thức (13)

Yo = GM tg 8 = 0,75 x 0,00437 = 0,0328 m gọi trọng lượng hàng xếp xuống mạn trái là w vậy lượng hàng xuống mạn phải sẽ là

250 - w Muốn cho tàu không nghiêng thì Voi =Ô

-Ý£ dụ : một tàu có lượng chiếm nước 9900 tấn KM = 7,3m: và-KG = 6,4 m Phải xếp

thêm:2:mã hàng mỗi mã 50 tấn mà mã thứ nhất phải được được đặt tại mặt:boong ở mạn trong cầu (KGi.=.9m, y= 6m) Khi cần cẩu bắt đầu cẫu mã thứ.2 thì đầu cần cẩu ˆ

_ cao hơn ky tàu 15m và xa về phía trong cầu 12 m Tìm góc nghêng lớn nhất trong quá

trình cẩu Giả thiết KM không đổi : -.- - nh Ty

'Giải : rõ ràng góc:nghiêng lớn nhất sẽ sẵy rà Tả sau khi" mã ã thứ ai t rã đặt lên bong

và bắt đầu nhấc mã thứ hai lên khỏi,sàn cảng như hình vẽ : ¬

a 1 Tìm KG tại thời điểm bất đầu nhấc mã thứ hai

cọ & “yar : 0, 09 san eve cư ¬ : Nhan cap

Bài tập 10 : một tàu có lượng chiếm nước 5 000 t KG =4,2m ; KM = 4,5m nghiéng sang trái 5°, Giả thiết KM không đổi, tâm: góc nghiêng cuả tàu khi nhận thêm 80 tấn nhiên liệu vào két số 2 bên phải ŒG = 1m; y = 4m )

Bài tập 11: tàu có lượng chiếm nước 4.000 tấn bị nghiêng sang bên phải 1 góc 3,8° do dịch chuyển 12 tấn hàng sang bên phải một khong cách 12m Tìm KG nếu biết KM = 6m

Bài tập 12 : Một lượng hàng hạt cỡ 100 tấn bị dịch chuyển sang ngang 10m và lún

xuống 1,5m, tìm góc nghiêng cuả tàu Cho A = 9000 tấn, GM ban đầu là 0,5m Ban đầu

tàu không nghiêng

19

Bài tập 13: một tàu có lượng chiếm nước 7500 +ấn: KM:= 8,6m KG = 7,8m và:chiều

rộng 8 = 20 m Một lượng-hàng trên'boong lở mạn phải bị fơi xuống biển (KG =12m),

trọng tâm cách man ‘tau 6m làm cho: tàu bi nghieng ¢ trai 3 205 ‘Tim trong: Augng hàng bi

mất -:-

Bài tập 14: Một tàu nghiêng 2530' sang "trái A= 3000 tế tấn, KM ~ãi 5;5m, KG= 4, 6m Tau

phải xếp thêm.90' tấn hằng trên: boong ở mạn phải (y=7,5m ).và 40.tấn hàng khác Tìm

vị trí trọng tâm của khối hàng xếp t thêm my sao cho cuối sùng tàu cân: bằng (KG của

Bài tập 15: Tàu có lượng chiếm nước 5600 t nổi cân + bling và có KG = 5 sm, GM =

0,5m Dịch chuyển một khối hàng 30t từ hầm trên bên trái sang boong chinh bén phai (

theo chiều ngang 10m và lên trên 3m), tìm trọng lượng nước phải bơm từ két- -đáy đôi số

3 phải sang trái để giữ cho tàu cân bằng: Khoảng cách h trọng tâm giữa kết phải và trái

sa ỔN ĐỊNH GÓC NGHIÊNG LỚN

1/ Khái niệm

Ở mục 1, khi đề cập đến ổn định c cuả tàu tại góc nghiêng nhỏ, ta coi M là điểm cố

định cho mọi giá trị góc nghiêng nên dựa vào công thức (7) có thể coi GM là đại lượng

đặc trưng cho ổ ồn định cua tau Khi tau phiêng by góc nghiêng lớn (lớn hơn 15° ) thì lực

nôi đi qua B sẽ không còn đi qua M ban đầu nưã và vị trí của M sẽ thay đổi theo góc

nghiêng Hình 9 thể hiện sự dịch chuyển của M và B tương ứng với các góc nghiêng lớn

cuả một tàu buôn thông thường _

Tuy nhiên, mô men hồi phục vẫn được tính bằng tích giữa lượng chiếm nứơc và khoảng

cách từ trọng tâm G đến đừơng tác dụng cuả lực nổi qua B là đọan GZ như công thức

Trong nguyên lý kết cấu tàu, người ta đã chứng minh được công thức sử dụng cho tu |

thành thẳng với góc nghiêng 9 tới giá trị ứng với góc tràn của tàu 6f, gọi là công thức

tàu thành thắng như saH;, ‹ 2 -

GZ = (GM +1/2 BM tạ 6 ) sin Ô ¬ psy 2 Đ Đá a th hủ” đc

rot Vt

il

anh

Vị dụ :Tầu có lượng chiếm nước 6000 tấn KB = 3m,

momen hồi phục của tàu tại góc nghiêng 25°

Trong đó : - v : thể tích hình nêm bị chìm xuống hay nổi lên do tàu nghiêng

- hhị: khoảng cách ngang giữa trọng tâm của hai hình nêm

- V: thể tích phần chìm của tàu ˆ

Tham khảo hình 11, trong đó là thể tích hình ném WOW, hoac LOL;

Tuy nhiên trong thực tế tính toán ổn định góc lớn, người ta thường dùng công thức

(6)

hơn và coi GZ là đại lượng đặc trưng cho ổn định của tàu tại góc lớn

21

Vì đã coi G24 là đại lượng đặc trưng cho ổn địng góc lớn của tàu, b người ta tìm cách đơn

giản hơn để có, thể tác định được giá trị của GZ tại mọi lượng chiếm nước và góc

nghiêng của tàu Hiện tại trên tàu sử dụng hai hệ đường song giúp cho việc tính toán

GZ Trước hết ta xem xét một số khát tử niệm: cơ sở `"

| _G/4=KN-KE (17 )hay Giấi =KN-KGisin@ (17a)

Trong hd sơ một số tàu đã cho sẵn họ đường cong KN ứng với các góc nghiêng khác nhau Muốn sử dụng chúng; trước hết xác định các giá trị KN tại các

góc nghiêng khác nhau ứng với lượng chiếm nước của tàu Từ giá trị KG: thực tế của

tàu, áp dụng công thức 17a sẽ được cdc gid tri GZ, thie tế Hình 15 thể hiện một bảng

tương ứng như trong hình 15, cho KG Z 10 m ¬

đ/ Đường cong cánh tay đòn hồi phục fĩnh GZ =f(Q (Righting arm )

Đường cong cánh tay đòn hồi phục tĩnh của tàu tại một điều kiện lượng chiếm nước và

KG bất kỳ được vẽ bằng cách biếu diễn các giá trị của G¡Z trên hệ trục tọc độ có trục tung là thước tỉ lệ cho GZ;¡ tính bằng mét hay, feet, trục hoành là thước tỉ lệ góc nghiêng tính bằng độ Sau khi tìm được các giá trị GZ bang cách sử dụng họ đường cong GZ hay KN như đã nêu ở phần b, c của mục này, ta biểu thị chúng trên hệ trục tọa

độ Nối các điểm lại thành một đường cong mềm mại, ta sẽ được một đường biểu thị giá trị của GZ là một hàm của góc 9 Xem hình 16a và 16b

Trong hồ sơ của một số tàu người ta đã vẽ sẵn một loạt đường cong biéu dién gid tri GZ của tàu tại một số lượng chiếm nước và KG giả định Ta có thể sử dụng chúng trong trường hợp các giá trị lượng chiếm nước và KG thực tế của tàu trùng với các giá trị giả định, tuy nhiên khả năng này thường khó xấy ra nên muốn đùng các đường cong vẽ sẵn này, ta phải hiệu chỉnh cho sự khác biệt đó, việc hiệu chỉnh sẽ phức tạp nếu cả 2 đại lượng KG và A thực tế đều khác so với giá trị giả định hoặc chỉ có sự khác biệt về ˆ lượng chiếm nước Với trường hợp này, cách thuận tiện hơn cả nên tự vẽ lấy đường cong GZ theo cach đã nên Còn trong trường hợp chỉ có sự khác biệt giữa KG thực tế và

KG giả định thì, như đã biết trong trường hợp b tức là các giá trị GZ thực tế sẽ khác GZ

08 F

€6

oF 2+

đường cong G2 mới theo các bước sau :

i, Tim d6 cao trong tâm thực tế của tàu KG; -

iii, Từ đường cong đã cho, thêm hoặc bớt một lượng ( KG -KG)) sin 6 tại các góc đã

xác định ở bước ¡/, dấu của chúng sẽ quyết định việc thệm hay bớt từ đường cong cũ

iv, Nối các điểm vừa xác định được sẽ có đường Cong GZ ứng với độc cao trọng tâm

Trong hình 17: a là đường cong GZ đã vẽ sẵn cho giá trị lượng chiếm nước và KG giả

định b là đường cong G;Z cho tàu ở cùng lượng chiếm nước nhưng có KG¿ khác KG

(ở đây KG; lớn hơn KG ) Tại các góc nghiêng khác nhau chúng khác nhau một lượng

GG) sin@, tuy nhiên ta cũng có thể tìm các giá trị GzZ bằng cách thứ hai : trên hệ tọa độ

có vẽ đường cong cho sẵn Ta vẽ đường cong thứ 2 là hàm biểu thị GG; sin9 (đường

cong c trong hình 17), Giá trị GZ thực tế sẽ là khoảng cách giữa hai đường cong tại các

góc nghiêng tương ứng

Lưu ý là đường cong GG; sinÔ sẽ có độ lớn bằng GƠ; tại góc 90 độ và tại góc ứng với

giao điểm của nó với đường cong GZ cho trước, giá trị GZ thực tế sẽ bằng không

e/ Phân tích các yếu tố của đường cong thế vững tĩnh

Từ hình vẽ đường cong GZ ta có một số nhận xét sau :

i những góc ngiêng ban đầu nhỏ (dưới 10°) thi do GZ = GM sin®, ta co thé coi

đường cong GZ ở đoạn này như một đoạn thang do sin @ bién thiên gần theo tuyến tính,

do vậy muốn kiểm tra xem đoạn khởi đầu của đường cong có được vẽ đúng hay không

thì trên trục hoành ta lấy ï đoạn bằng 57°3 (1 radian ), qua đó dựng đường vuông góc

và lấy lên phía trên một khoảng bằng GM ban đầu, nối điểm mút của đoạn này với gốc

tọa độ thì trong giới hạn góc nghiêng tới 10° đường cong GZ, phải trùng với đường vừa

kẻ (OA ) Ngược lại, khi đã có đường cong GZ chính xác ta cũng có thể tìm được ƠM

ban đầu bằng cách vẽ tiếp tuyến với đường GZ tại gốc toạ độ, tiếp tuyến này cắt đường

vuông góc với trục hoành dựng từ giá ø =57°3 Khoảng cách từ giao điểm này đến trục

hoành sẽ bằng GM ban đầu (AY) (xem hình 18 )

28

ii / Từ điểm cao nhất của đường cong, vế tiếp tuyến, giao của tiếp tuyến này với trục

tung sẽ cho giá trị GZ lớn nhất (GZmax) Từ tiếp điểm đó, dong xuống trục hoành sé

tìm được góc ứng với GZmax là 8max Tại đây tàu có mộmen hổi phục tữnh lớn nhất

Trong thực tế góc này bằng góc ngập nước 6£ của tàu Là góc ứng với lúc mép boong

“chính ngang bằng với mặt nước với điều kiện dưới đó không có cửa không kín nước nào

khác Lý do là tại góc này tâm nổi B địch chuyển ra xa so với trọng tâm nhất (vì điện

tích hình nêm LOL¿ ) là lớn nhất (xem hình 14) Nếu tàu tiếp tục nghiêng thêm thì thể

tích phần hình nêm chìm thêm sẽ nhỏ dần làm cho B tiến lại gần G hơn tức là GZ giảm

dân hay nói cách khác mômen hồi phục tĩnh gidm dan khi góc nghiêng tiếp tục tăng (

Ta nói góc nghiêng mà tại đó cánh tay đòn hồi phục đạt mức lớn nhất tuỳ thuộc vào

góc ngập nước của tàu hay nói cách khác là vào mạn khô của tàu, nhưng mạn khô của

tàu không hể ảnh hưởng tới ổn định ban đầu của nó mà chính GM ban đầu hay độ dốc

ban đầu cuả đường cong mới quyết định độ lớn cuả ổn định ban đầu và GZmax Trong

thực tế, để tăng ổn định cud các tàu có mạn khô thấp ( góc Ôf nhỏ ) như tau dầu, người

ta phải thiết kế và yêu cầu bố trí hàng sao cho chúng có chiéu cao tâm nghiêng ban đầu

lớn Mặt khác, cũng cần nhớ là những tàu co OF 1ớn thì sẽ có độ ổn định trên biển tốt,

tuy nhiên điều kiện tối ưu là phai kết hợp cả hai yếu tố này |

-;jj/ Khi tàu cân bằng tnh tại một góc nghiêng nào đó tức ~ là tại góc nghiêng này

mômen hổi phục Mạ của tàu bằng với mômen nghiêng tĩnh Vậy khi biết giá trị của

một mô men nghiêng tĩnh nào đó tác động lên tàu, fa có thể xác định được góc

nghiêng tĩnh của tàu nhờ đường cong GZ với lý luận sau (xem hình 19) : Khi có một

momen gây nghiêng nào đó, chang han do dich chuyển ngang của một khối hàng, làm

cho trọng tâm của tàu dịch chuyển sang vị trí mới G' thì cánh tay đồn hổi phục thực tế

của tàu chỉ còn bằng G”Z? tức là luôn luôn bị giảm đi một lượng GG”cos 8, với 9 là góc

G'Z' =GZ - GG'cos 9 _

Trên hệ tọa độ đã biểu thị dudng cong GZ, vẽ đường cong cánh tay đòn momen

nghiêng GG cos 9 thì góc 9 ứng với giao của hai đường cong này sẽ là góc nghiêng tĩnh

của tàu (xem hình 20 ) và lúc này giá trị cánh tay đồn ổn định thực tế tại các góc

nghiêng của tàu chỉ còn bằng hiệu tung độ giữa hai đường cong tại các góc nghiêng đó

29

Từ hình 20: ta có nhận xét là khi gid tri cánh tay đồn nghiêng ngang lớn hơn cánh tay

đòn hồi phục (đoạn O- Ôt ) thì tàu ' vấn tiếp tục nghiêng Tău sẽ cân bằng khi 2 đường

cong này cắt nhau lần thứ nhất Tại góc ứng với giao điểm lần thứ 2 giữa 2 đường cong

này (nếu có ) sẽ là góc ] lật “ly thuyét « “của tau vi từ đó trở đi mô men n nghiêng sẽ lớn

hơn mô men hồi phục

Hình 20 : Cánh tay đồn hổi phùc tĩnh khi tàu chịu tác động của mồ men n nghiêng tinh

(phan g gach chéo 1a phân ổn định bị mất ) -

iv/ Géc lat cia tau (6v) (vanishing angle ):Về mặt lý thuyết là góc nghiêng mà tại đó

cánh tay đòn GZ = 0 hay tại đó GZ bắt đầu đổi dấn từ dương sang âm (ở hình 18 ; 6v =

90° )

v/ Giới hạn Ổn định của tàu : là giới han trên đồ thị từ giao điểm thứ nhất của đường

cong GZ vói trục hoành đến giao điểm lần thứ 2 giữa 2 đường cong này (đoạn 0ø tại

-hình 18 ) nhưng với tàu có góc nghiêng cố định ban đầu (do G lệch khỏi mặt phẳng trục

đọc ) thì giới hạn này tính từ giao điểm của đường GZ với đường GG'cos 6 tới lần giao

30

thứ 2 giữa 2 đường (nếu có) hoặc giao lần thứ hai của GZ với trục hoành, trong hình 20

thì giới hạn ổn định của tàu sẽ là đoạn AB Theo lý thuyết, tàu sẽ lật khi nghiêng 1 góc

lớn hơn 6v vì khi đó momen hồi phục có giá trị âm.Tuy nhiên trong thực tế hiện tượng - lật sẽ xảy ra sớm hơn do ở những góc nghiêng lớn ( lớn hơn 6f } hàng hóa trên tàu có thể bị địch chuyển va trong trường hop có sống gió thì con tàu còn bị tác động thêm bởi

‡

z woh

_ Bài tập :

Bài tập 1 Vẽ đường cong GZ của tàu có họ đường cong GZ giống: như hình 13 ứng với lượng chiếm nước 34 500 tấn và KG =3, 5 m Từ đường cong này tìm GM ban đầu,

GZmax va giới hạn ổn định của tau

Bài tập Dùng họ đường cong ớ hình 13 Vẽ đường cong GZ cho tàu ở lượng chiếm nước

35 000 tấn, KG = 9,2 KM=11,2 m và từ đường cong này xác định mômem hồi phục tĩnh tại góc nghiêng 109, từ đường cong này có thể tìm được những yếu tố gì khác

_ Bài tập 3 Dùng họ đường cong ở hình 14 vẽ đường cong GZ khi A = 3500 va KG =8m, néu dich chuyén một lượng hàng có | trong lưỡng 50 tấn sang mạn phải một đoạn 10 m, _ tim góc nghiêng ngang tĩnh của tàu, tư Gz thực 1 của tàu tại H40 cử ni Ì

— được ổn định của tau, ta xét một tàu ở trạng thái cân bằng động tại Gd ở hình 21

| Khoảng cách thẳng đứng giưã tâm nổi và trọng tâm B.Z và khoảng cách ban đầu giữa

chúng là BG Theo Moseley thì công thực, hiện làm cho tầu nghiêng động hay ổ ổn định động được tính bang; ¬.—

: Công thực hiện = lượng chiếm nước x khoảng dịch chuẩn thẳng đứng giữa B và Ge hay :

Ổn định dong = A X (BiZ- BG 3

= AX(BIR+RZ- BG)

= AÁXỊV (gh +gihy)/ A +PG- BG ]

trong đó : - v là thể tích hình nêm wow, hay LOL;

~ gh +gyhy là khoảng cách thẳng đứng giữa trọng tâm 2 hình nêm

- A là phần chìm của tàu - PG=BG cos9_

Ổn định động = A X Ũ V (gh +g1hy)/ A- BG (1-cos | 8 ) I” aN

(17 ) gọi là công thức moseley về ổn định động Mat khác, “oY tình 21 néu cho Tàu

nghiêng thêm một góc nhỏ đớ thì Bị sẽ chuyển sang Bạ Ở giới hạn nhỏ coi như B¡B; ~

Song song với Wilt Vi tri cdc đềm Hà quan, thể ể hiện ở hình 22a :

` "Đoan ZZ¡ có thể tỉnh bằng GZ dova ‘zz 4 được coi ¡là sự r gi tăng Khoẩng cách

¬ giữa B và G ( sẵn đứng tròng giới hạn dônhổ).ˆ

sơ Vậy ổ ổn định động khi tàu nghiêng từ góc 6 đến đØ là Á: GZ.d0 ˆ

mà GZ: đô là diện tich’ phia đưới đường, cong GZ cổ độ Yồng đó như biểu diễn ở hình

22b trong đó GZ là giá trị cánh tay đòn hồi phục tại góc re nghiêng, 8 Do vay, một cách

Như vậy ổn định động tại góc.nghiêng bất kỳ bằng tich giữa lượng chiếm nước và diện tích dưới đường cong cánh tay don hồi phục tính từ giao của đường này với trục hoành tới góc nghiêng đó

Diện tích đưới đường, gong được tính theo các cong thức simson V6i cdc’ khoang chia được đổi ra radian (1 rad = 57 °3), Néu điện tích dưới đường cong’ :được tính tieo công thức 1 của simson, ta chia đều đường cong thành n lê điểm theó trục hoành và: ‘fung a6 cũa, các điểm chia là do, di, d›, do, và khoảng cách giữa hoành độ của các điểm chia

là h thì diện tích giới hạn bởi đường cong và trực hoành được tính bằng công ứ thức sau:

"Diện tích dưới đường cong 48) š : hi3 ( do + 4đ; +24; + 44; + - +4di 1 + oe) (8

Ví dụ : Mat tàu có lượng chiếm nước 5000 tấn và có giá trGZ tương ứng với góc

9 (°) 0° , 10° - ¬

99° ` _ 209 | 409

-

Tìm mô men hồi phục động tại góc nghiéng 40°

“Giải : - Tính diện tích dưới đường cong GZ tới 40° :

Chia đường cong làm bằng 5 điểm cách nhau một khoảng h="10°= 10057, 3 rad °

S= h/3(1x0 +4x0,21 + 2x0, 33+ 4x0,4 +1x0, 43 )= 10/57,3x3;53 x1⁄3 = 0/2053 m rad

~ Tính mô men hồi phục động :

mô men hổi phục động = 5000x 0,2053 = 1026,3

1 ‘Tau có A=10000 t cánh tay đòn hồi phục có giá trị ñhư sau :

‘Tim M6 men -héi phuc dong: củatàu tại góc nghiêng,động bằng 40°

2 Tính mô men hồi phục động của tàu có A= 8000 t tại góc nghiêng: động 04 =60°, cho các giá trị

33

_ E5 MON NƯỚC VÀ HIỆU SỐ MỚỨNNƯỚC ` '-

1/ Mớn nước : theo định nghĩa chung, mớn nước là khoảdg' “cách tng ng tử mặt

nước tới mặt cơ bán Chay ki tau ) “Trong thực tế, ‘do tàu có thể: :dglileng, 'chúi Bất kỳ nên khoảng cách này có, giá trị khác nhau, tại các VỊ tí ¡khác nhau, Để thống nhất, ñgười

ta chọn các vị trí sau để tính mớn nước của tàu: —ˆ 7

- Mớn nước mũi df: là khoảng cách tính theo trục vưông gốcm mũi FP từ M bia ở điểm của

, đường này với mặt nước đến giao của nó với kitàu "“” ”-

- Mớn nước lái dø.tương tự là khoảng cách theo truc vuông góc lái AP tính từ mật nước -'tới giao của nó với ki tàu

_ Món nước tại mặt phẳng sườn ene dm la giá trị món nước doe tai mat phẳng s sườn

- giữa củatàu: -

- Mớn nước trung bình chính xác d thay mớn nước tính t tóan 1) là món nước được tính

tại trọng tâm mặt phẳng đường nước

Khi tàu ở trạng thái cân bằng mũi lái (even keel) tức là mớn nước, mũi bằng mớn nước lái và tàu không bị ưỡn, võng thì các giá tr món nước trên a như, nhau Nếu, tàu bh chúi thì các giá trị này sẽ khác nhau, =

Hình 23 thể hiện các-giá trị món nước nêu trên khi tàu chi lái ân

2 / Hiệu số mớn nước ¢ (trim )

Hiệu số mớn nước là lượng chênh lệch giữa mớn nước mũi và mớn nưỐc lái

t=df - da Khi t= 0 hay df = da thi tau 6 trạng thái cân bằng mũi, lái

Nếu t< 0, tàu chúi lái ( trim by stern ) và ?> 0, tàn chúi mỗi ( trim by bow)

Hiệu số mớn nước xuất hiện do sự dịch chuyển tương đối giữa trong tim G va tam nổi

B theo chiều dọc của tàu Trong hình 24a con tàu đang nổi ở tư thế ki bằng, lúc này B

và G cùng nằm trên đường thẳng đứng vuông góc với ki tàu Nếu ta dịch chuyển hoặc thêm bớt một trọng lượng W làm cho trọng tâm tàu dịch chuyển theo trục đọc tới vị trí mới như hình 24 b lầm cho con tàu chìm thêm ở phía G dịch chuyển tới Tương ứng, tới

lượt B cũng dịch chuyển theo do thể tích phần chìm thay đổi B sẽ dịch chuyển cùng

34

chiều với G cho tới khi chúng l lại cùng nằm trên đường thẳng đứng thì dựng lại và tau cân bằng ở trạng thái mới (24c với' ựì lạ góc chối của 0 tàu là

oe tye Te “Binh 24 4 2 PO ee a eb ot “^^ pian ors _- ¬-

fo age Be Hộ sat ; Loe Pt Bs

Khi tàu thay đổi trạng thái chúi, nó quay ÿ quanh trọng tâm của mặt ất phẳng c đường nước £ nên điểm này còn gọi la tam quay (tipping center)

I.Các phép tính liên quan đến mớn nước và hiệu số mớn nước

Hình 25g biểu thi dấu'chuyên chở của tàu theo quy định của công ước quốc tế 1969 về tính toán mản khô tàu thủy Chứng được vẽ ở hại bên mạn tại Vị trí mat phẳng ¡ sườn

" giữa tau với bề dày của các đường là 25mm, cất đ đường nga g dai | 230 nim Vong tròn

dấu chuyên chở có đường kính 300mmv> có, tam đi qua tiết nhẳng sườn giữa của-tẩu:

Đường ngâng, đài 450mm có mép trên đi qua.t ụ hình tròn Biểu thi mớn nước lối đa cho phép (hy! mắán khô tối tyiểu) khi tàu đừng quê mặn mùa hè Phía mũi của wòng.ròt` :là dâu chuyện chở của;†àu tng với các vùng và mùa khác nhau Các chữ trên dâu chuyền chở có những ý nghĩa sau:

- §: Dau chuyén chở mùa hè, ngang bằng với đường ngang đi qua tâm vòng

- W : Dấu chuyên chở ở vùng nước mặn mùa đông, đường chứa dấu này cách

đường chứa S một khoảng bằng 1/48 mớn nước mùa hè của tàu

- —T: Dấu chuyên chở ở vùng: nhiệt đới, cách dấu chuyên chở mùa nè § một khoảng cũng chính bằng 1/48 mớn nước mùa hè

~.F: Dấu chuyên chổ ở vùng nướẻ rigợt; -cách tấu : chuyên chỗ mùa hè một

a kHoảng bằng dung s sai ước ngọt của a tau HN :

35

pero a:

- TF: “Cách dấu íu chuyên chở nhiệt đới, T một, khoảng bằng FWA biển ú tị mớn

_ tối đa cho phép ở vùng nước ngọt nhiệt đổi

Với tàu có chiều đài nhỏ hơn 100m còn.có thêm đường WNA biểu thị mớn tối đa cho

phép tại Bắc Đại tây dương vào mùa đông, ‹ dấu này cách dấu W một khoảng 50mm,

Với những tàu có, xhể dùng để chở gỗ, ở phía đái của vòng tròn chuyên chở còn có

_ thêm dấu chuyên chở để dùng khi tàu chổ gỗ Dấu! này có đường L§ đặt ở %ị trí ứng

với mớn lớn nhất cho phép tại vùng nước mặn mùa hè và được tính theo quy phạm về

chở gỗ Dấu chuyềïï chở mùa đông EW' cách-L§-một-khoáng bằng 1/36 mớn chở gỗ

mùa hè và dấu LT cách LS mét khodng 1/48 mớp chở gỗ mùa hè Các đường còn lại

cách các đường khác tương tự như ở dấu chuyện chở của tàu thông thường Chỉ số của

các mớn nước được quy.định ứng với mép trên của các vạch chỉ của dấu chuyên chở

- Với tàu dài trên 100m các dấu chuyền chở cách tâm vòng tròn 540mm Phỉa trên vòng

tròn, weg với giao của tôn boong chính với vỗ tầu có một đường ngang dài 300mm gọi là

đường boong (deck nè) ding lam co sở để tính do khô-của tàu:- sae

Tai hai bén mani vở: mũi, lái và giữa tàn: có: cáo thước độc qnớn:nước Gig trị i món, nước

được tinh, tai chân các số chỉ và được gọi là mớn, nước biểu kiến (Appearance draft) bé

phân biệt, ta ký hiệu chúng tương, ứng với vị trí dot và thêm dấu phẩy phía trên Chẳng

han : df’, da’, dm; tương ứng là mớn biểu kiến tại mũi, lᆠvà giữa tàu: Trên các thước

đọc, các chữ số bằng số la tỉnh cao 10cm, chân các chữ số cách nhau 20cm và chỉ giá trị

tương ứng của mớn nước bằng mét Các số La mã.cao 6¡nch Có chân cách nhau 12inch

chỉ giá trị mớn nước theo hệ Anh Hinh 25b biểu thị một phần th thước đọc mớn nước trên

OEE

- 2/ Tính toán mớn nước từ, các món nước biểu kiến ee

Do tàu có tư thế bất kỳ nên,giá trị mớn nước biểu kiến tại các thước đọc có thể khác

nhau Thông tường, người ta lấy giá trị trung bình cộng giữa các số đọc ở 2 mạn để

36

được giá trị biểu kiến trung bình tương ứng, chẳng hạn đƒ *= (đƒ 'y + để”; )/2 Treng đó -

dƒ là mớn nước biểu kiến đ/„ :là số đọc tại thước mớn nước mũi bên:trái, đƒ sla số đọc tại thước mới nước mũi bên phải, tương tự ta có các giá trị mớn nước biểu kiến lái và -

- đa'=(đa peda’ py/Qee op daw! = (ding # dựng 2 - 2” N thao Theo định nghĩa thì món nước mũi và lái:của tàu phải là: giá trị mớn nước tại:các trục vuông góc FP và AP và trong thực tế, các đường này thường không trùng với thước đọc

mớn nước tương ứng nên phải tiến hành hiệu chỉnh Hình 26 thể hiện các Tượng hiệu

chỉnh này, hình 26b là các phần mũi, lái được phóng đại để dễ hình dung Các đường gạch ngang là thước đọc mớn nước của tàu, các giá trị f và a là sự khác biệt giữa mớn

nude biểu kiến và môn tại tữy tye FP,APvaytacd: ÓC TU có cÓ -

ho wt PAF Bie gia ons " -.Ö há HẠ *

“Epp ~(@, £43) 70 Lpp =(a + 4) _—_ ÈFpp-(a+a) -

Trong đó ' a¡ là khoảng cách từ thước đợc mớn nước mũi đến FP và a; là khoảng cách từ thước đọc mớn nước lái tới AP và a là khoảng cách từ thước đọc mớn ở giữa tới

-# là hiệu số mớn,nước của:tàu biểu kiến, = dƒ” - da”, f, a và:m có dấu

tùy thuộc vào tư thế chúi của tàu và vị trí thước đọc mớn nước so với các đường thủy

Lí

SO

37

trực Nếu các thước đọc gần mặt nhẳng.sườn giữa hơn cáe/đường thủy trực (AP, EP ) thì

f cùng dấu với và a:ngược dấu với Khiithước đọc mớn giữa ở phía trước mặt phẳng,

- trục đọc, m ngược tđấu với tivà ngược lại (t lấy giá trị tuyệt đếi để tính-toán rong các:

công thức)

Nếu thước đọc nằm xa hơn đường thảy trực thì quy tắc: xét dấu của: quà f sé ngược lại

_ với quy! tắc trên Xà: chúng được Mrữy lưng c sông thức sau : ep gales get nạ

Trong thực tế ‘cdc tàu thường số quế: đọc niga nước lái wg với thủy tực lãi va trong

hồ sơ tàu thường lập sẵn các bảng tính giải trị a, Ý theo mớn nước va hiệu số mổn ñước

của tàu Ta có thể tra chúng ‘thy theo điều kiện thực tế 7

Ví dụ : tầu có Lpp = 135m 'có thước đọc mớn nước mũi cách FP' về Š phía lái.0,15 m và

thước đọc mớn nước lái cách AP 5, 5m về mũi Tính mớn nước mũi, lái của tàu Các giá

trị biểu kiến: đƒ°= 2m, dz '= 6m

` Do các thước đọc đều gần trục giữa mặt št phẳng sườn giữa hơn các đường thủy trực nên

đ được coi là mớn nước trung bình tại mặt phẳng sườn giữa cửa tàu Tuy nhiên, đường

-nước chính xác của tàu luôn cắt đường nước thực tế tại tâm quay f nên d sẽ khác biệt

với dạ một lượng nhất định Con tàu trọng, hình 27 bị chúi lái và trọng tâm ƒ của mặt

phẳng đường nước nằm ở sau lái so với mặt phẳng | sườn giữa Gọi Cc xà C la giao, của

Ar als aT EAL ae rr rr err ue rp

tàn - Hình 27 ï "¬ - Pos #v 3 ee 2 VÀ Tuy Le asf toi _ ely : ars ¬

JS eae Be: VLA obey WEL shoe Le nh

đường nước trung bình và đường nước chính xác với mặt phẳng sườa: gi thì CC¡ chính

là sự khát biệt giữa 2 giá trị mớn' nước! aye gợi ad là: độ lớn cảacGC( thì :

a7 ga Để _ 3k ti da SÁU SA án cổ we a BIS a

38