Ly thuyet thiet ke tau ChgIV CHONGCHIM

Khi bị tai nạn, do khoang bị ngập nớc nên tthế của tàu thay đổi thay đổi chiều chìm trung bình, góc nghiêng và chúi, cũng thay đổi cả chiều cao tâm nghiêng, chiều cao tâm chúi.Các thông

Chơng IV Tính CHống Chìm

Bài 4.1 Các định nghĩa và yêu cầu cơ bản

4.1.1 Định nghĩa

 Tính chống chìm: Là khả năng của tàu giữ đợc tính nổi và tính

ổn định khi bị tai nạn thủng vỏ bao, nớc ngập một hoặc mộtnhóm khoang trên tàu

Xét tính chống chìm chính là xét tính nổi và tính ổn định khitàu bị thủng khoang Nó đợc đảm bảo nhờ dự trữ tính nổi của tàu, đó

là thể tích kín nớc nằm giữa đờng nớc chở hàng và boong kín nớc Để sửdụng đợc dự trữ tính nổi phục vụ cho tính chống chìm ngời ta chia tàu

Đối với tàu hàng, yêu cầu giữ đợc tính nổi khi ngập một khoang bất

kỳ Đối với tàu khách thì yêu cầu giữ đợc tính nổi khi ngập hai hoặc bakhoang tùy thuộc vào vùng hoạt động, kích thớc và số ngời trên tàu

Khi ngập một khoang hay một nhóm khoang, tính chống chìm đợccoi là đảm bảo nếu đờng nớc tai nạn không cắt đờng chìm tới hạn và

ổn định của tàu là dơng Khi bị tai nạn, do khoang bị ngập nớc nên tthế của tàu thay đổi (thay đổi chiều chìm trung bình, góc nghiêng

và chúi), cũng thay đổi cả chiều cao tâm nghiêng, chiều cao tâm chúi.Các thông số này sẽ đợc xác định trị số của nó trong quá trình tínhtoán chống chìm

33

1,2

 Khoang ngập một phần, mực nớc trong khoang không bằng mựcnớc ngoài mạn tàu Khoang có mặt thoáng và ảnh hởng xấu đến

ổn định tàu

 Khoang ngập một phần, mực nớc trong khoang bằng với mực nớcngoài mạn tàu Khoang có mặt thoáng và ảnh hởng rất xấu đến

ổn định tàu do mực nớc trong khoang luôn thay đổi

Theo quan điểm xét t thế và ổn định của tàu, khoang nguy hiểmnhất là khoang loại 3

Bài 4.2 Tính toán chống chìm tàu

Ngời ta thờng áp dụng hai phơng pháp để tính toán chống chìm, đólà: phơng pháp nhận hàng lỏng (phơng pháp lợng chiếm nớc thay đổi)

và phơng pháp cắt bỏ khoang (phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi).Trong phơng pháp đầu, khối lợng nớc ngập vào khoang đợc xét nhkhối lợng hàng lỏng đợc nhận vào khoang Trong trờng hợp này, lợngchiếm nớc, tọa độ trọng tâm tàu và tâm nổi, chiều cao tâm nghiêng,

chiều cao tâm chúi, chiều chìm trung bình, góc nghiêng và góc chúicủa tàu sẽ thay đổi.

Khi tính toán theo phơng pháp thứ hai, thể tích nớc ngập vào khoang

bị loại trừ và thể tích của tàu giữa đờng nớc ban đầu và đờng nớc tainạn sẽ bằng thể tích loại trừ đó Bởi vậy, thể tích phần ngâm nớc củatàu vẫn không thay đổi tức là lợng chiếm nớc của tàu không đổi

Khi đó chỉ có hình dáng phần ngâm nớc của tàu là thay đổi dẫn

đến vị trí tâm nổi thay đổi Nếu giả thiết rằng, trong quá trình tainạn, tải trọng của tàu không đổi, tất cả hàng hóa đều cố định, trongtrờng hợp đó tọa độ trọng tâm tàu không đổi

Phơng pháp nhận hàng lỏng thờng áp dụng cho khoang loại 1 và loại 2,còn phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi áp dụng cho khoang loại 3 làloại khoang nguy hiểm nhất

Tính toán chống chìm theo hai phơng pháp trên đợc tiến hành gần

đúng với giả thiết phần thay đổi chiều chìm có mạn thẳng, còn gócnghiêng và chúi của tàu đợc tính theo công thức tâm nghiêng ổn định,nghĩa là mô men hồi phục của tàu phụ thuộc tuyến hình theo gócnghiêng và chúi Mh = Dh và Mh = DHCũng coi rằng ban đầu tàu ở tthế thẳng Đối với khoang ngập không lớn, tính toán gần đúng với giảthuyết trên đủ chính xác

Các bớc tiến hành theo trình tự nh sau:

 Mô men quán tính diện tích mặt thoáng lấy đối với trục bản thân

Hình 4.3 Để chứng minh công thức tính các yếu tố khoang ngập

1 Sàn; 2 Vách dọc; 3 Vách ngang

Chiều dài khoang bằng x1 – x2, ở đây x1 là hoành độ vách phía mũix2 là hoành độ vách phía lái Còn y1 là tung độ đờng bao sờn mạn phải,y2 là tung độ của đờng vách dọc Tính yếu tố diện tích là (y1 – y2)dx;mô men của yếu tố diện tích này đối với trục toạ độ Ox và Oy là:

(4.1)

Tọa độ trọng tâm xp, yP bằng :

(4.2)Diện tích mặt thoáng của khoang với z = const bằng

Tọa độ trọng tâm diện tích mặt thoáng bằng:

(4.4)Mô men quán tính của diện tích này đối với trục bản thân đi quatâm diện tích bằng :

(4.5)

Tất cả các đại lợng từ công thức (4.1)  (4.5) ngời ta tính tại một sốmức nớc có độ cao z khác nhau của khoang, kết quả xây dựng đồ thịbiểu diễn các hàm v1(z), xp(z), yp(z), s(z), xs(z), ys(z), ix(z), iy(z) Các đờngcong của đồ thị đợc gọi là đờng cong yếu tố khoang Dựa vào nó, độcao mức nớc của khoang z đã cho xác định các yếu tố của khoang

4.2.2 Ph ơng pháp nhận hàng lỏng (ph ơng pháp l ợng chiếm n ớc thay đổi)

 Phơng pháp này đợc áp dụng cho khoang chìm loại hai là loạikhoang có mực nớc trong khoang không bằng mực nớc ngoài mạn và

có mặt thoáng (khoang không ăn thông với nớc ngoài mạn tàu)

thể tích này là xP, yP, zP mô men quán tính diện tích mặt thoángcủa khoang đối với trục dọc và ngang bản thân là iy và ix

 Với phơng pháp này ta coi nh tính cho trờng hợp nhận hàngnhỏ

- Biến lợng chiều cao tâm nghiêng và chiều cao tâm chúi :

(4.10)

Trong đó: p1 là trọng lợng khối nớc ngập vào khoang, xác định với tínhtoán hệ số ngập nớc Trong công thức (4.9) và (4.10) đối với khoang loại 1không có mặt thoáng thì bỏ thành phần ix, iy.

Chiều cao tâm nghiêng mới bằng:

 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp

- Theo phơng pháp này thể tích nớc ngập vào khoang sẽ bị loại trừ

và do lợng chiếm nớc không đổi nên thể tích của khoang chìm bịcắt bỏ sẽ đợc bù vào thể tích ngâm nớc của tàu (khoảng không giangiữa đờng nớc ban đầu và đờng nớc tai nạn)

Hình 4.4 Tính toán chống chìm theo phơng pháp cắt bỏ khoang

(phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi)

- Giả thiết rằng tất cả các hàng hóa trên tàu đợc cố định và trọngtâm tàu không đổi, còn mạn tàu trong vùng thay đổi chiều chìm làthẳng

- Giả thiết ban đầu tàu ở t thế thẳng

 Các thông số ban đầu của tàu và của khoang ngập đã đợcxác định

- Biến lợng tọa độ tâm nổi của tàu sau khi bị ngập khoang:

Bao gồm hai thành phần: biến lợng tọa độ tâm nổi cha kể đến tàu

bị nghiêng và chúi, và biến lợng tọa độ tâm nổi do tàu nghiêng và chúigây ra

- Chiều cao tâm nghiêng của tàu sau khi bị ngập khoang:

(4.19)

- Biến lợng hệ số ổn định của tàu sau khi bị ngập khoang:

Nhận đợc bằng cách lấy các biến lợng chiều cao tâm nghiêng vàchiều cao tâm chúi vừa nhận đợc nhân với trọng lợng tàu trớc lúc bịtai nạn

- Góc nghiêng và góc chúi của tàu sau khi bị ngập khoang: có thể nhận

đợc bằng cách coi rằng trục tâm chính của đờng nớc tai nạn // trục Ox

và Oy, hoành độ trọng tâm khoang cắt bỏ nằm trên đờng thẳng đứngvới tâm của mặt thoáng khoang ngập khi đó ta có:

So sánh kết quả tính toán giữa hai phơng pháp nêu trên

So sánh kết quả tính toán theo hai phơng pháp nói trên ta nhận thấyrằng:

 Các trị số đặc trng cho vị trí của tàu sau khi bị ngậpkhoang nh chiều chìm trung bình, góc nghiêng, góc chúi, hệ

số ổn định, momen hồi phục không phụ thuộc vào phơng pháp

tính Chỉ có giá trị chiều cao tâm nghiêng và chiều cao tâmchúi thì khác nhau

 Đặc biệt lu ý: Hệ số ổn định tính theo hai phơng pháp

là giống nhau Từ đó suy ra chiều cao tâm nghiêng tính theohai phơng pháp lại khác nhau H1 và h1 xác định theo phơngpháp nhận hàng lỏng nhỏ hơn H2 và h2 xác định theo phơngpháp lợng chiếm nớc không đổi

Bài 4.3 Tính toán chống chìm khi ngập nhóm khoang.

Phân tích tai nạn của các tàu bị thủng vỏ bao thấy rằng nhiều ờng hợp có thể ngập cả nhóm khoang Trong thực tế sử dụng hai phơngpháp tính chống chìm khi tàu ngập nhóm khoang là phơng phápkhoang tơng đơng và phơng pháp xếp chồng

tr-4.3.1 Ph ơng pháp khoang t ơng đ ơng

Thực chất của phơng pháp này là việc thay một nhóm khoang bằngmột khoang thay thế Khi ngập khoang này thì sự thay đổi t thế và ổn

định của tàu giống nh khi ngập cả nhóm khoang Khoang thay thế này

đợc gọi là khoang tơng đơng Phơng pháp này có thể áp dụng cho cáckhoang khác nhau

Các yếu tố của khoang

- Mô men quán tính của phần diện tích phần nớc bị cắt bỏ :

(4.26)

- Phơng pháp khoang tơng đơng cho kết quả chính xác và đợc

sử dụng trong sổ tay tính toán chống chìm ở dạng bảng Thiếu sót củaphơng pháp này là trong trờng hợp cần thay đổi thành phần trong nhómkhoang, tất cả các tính toán chống chìm phải lặp lại, bắt đầu từ tínhyếu tố của khoang tơng đơng

4.3.2 Ph ơng pháp xếp chồng

Nguyên tắc của phơng pháp là: sự thay đổi chiều chìm và ổn

định của tàu bị ngập nhóm khoang đợc xác định bằng tổng các đặctrng riêng biệt cho từng khoang bị ngập Nghĩa là sử dụng phơng phápxếp chồng tuyến tính Sử dụng phơng pháp này sẽ đơn giản tính toánchống chìm khi ngập nhóm khoang Trong trờng hợp đó, xác định ổn

định và t thế tàu bị ngập từng khoang trong nhóm đợc tiến hành vớigiả thiết các khoang còn lại không bị ngập Phơng pháp đang xét hầu

nh là gần đúng bởi vì nó không kể đến trạng thái ban đầu của tàu, tthế và ổn định của tàu trong hàng loạt trờng hợp cho sai số trong kếtquả Thực tế có thể sử dụng phơng pháp này để so sánh kết quả tính

ổn định và t thế tàu cho một loại tàu nhất định với phơng phápkhoang tơng đơng Nếu kết quả thực tế giống nhau thì phơng phápxếp chồng áp dụng đợc cho tất cả các tàu cùng loại

Bài 4.4: Đờng cong chiều dài khoang giới hạn

Chiều dài khoang giới hạn là khoảng cách giữa các vách ngăn kín

n-ớc mà khoảng cách đó cần thỏa mãn điều kiện khi ngập khoang đó thì

đờng nớc tai nạn chỉ tiếp xúc với đờng chìm tới hạn

Trình tự tính toán và xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn

 Xây dựng đờng cong diện tích đờng sờn đối với đờngchìm tới hạn

 Xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn

Bớc 1: Xây dựng đờng cong thể tích khoang giới hạn

- Vẽ các đờng nớc tai nạn trên tỷ lệ Bonjean, thờng là 7 hoặc 9 đờng

1 2

3

bao gồm 01 đờng nớc thẳng ở khu vực giữa tàu, 06 hoặc 08 đờng nớcchúi cách đều nhau ở khu vực mũi và đuôi tàu

Hình 4.5 Chiều dài giới hạn của khoang li

1 Đờng chìm giới hạn 2 Đờng nớc tai nạn 3 Khoang bị ngập

- Dùng tỷ lệ Bonjean để xác định thể tích ngập Vi tại đờng nớc chúi

đó, từ đó tìm đợc thể tích khoang ngập vi = Vi - V0 (V0: thể tíchngâm nớc ban đầu)

vào tỷ lệ Bonjean từ đó

tìm đợc hoành độ trọng tâm diện tích khoang ngập

M0 là mô men tĩnh của thể tích V0 đối với mặt phẳng yOz

Mi là mô men tĩnh của thể tích Vi cũng đối với mặt phẳng yOz

- Từ các thông số tìm đợc và tùy số đờng nớc tai nạn đã vạch trên tỉ lệBonjean ta có thể xây dựng đờng cong thể tích khoang giới hạn vi(xi)

Bớc 2: Xây dựng đờng cong diện tích đờng sờn đối với đờng nớc tai

nạn đã cho và thể tích khoang vi bằng diện tích chắn bởi hai tung độsao cho trọng tâm của diện tích chắn bởi hai tung độ sao cho trọngtâm của diện tích này cách mặt phẳng sờn giữa một khoảng bằng xi

Số lần xây dựng nh thế bằng số đờng nớc tại nạn giả định Nhng vìphần lớn tàu có độ cong dọc boong thoai thoải không lớn lắm, nghĩa làtiếp tuyến với đờng chìm giới hạn sẽ trùng với nó trên một đoạn Bởi vậy

để đơn giản việc tính toán ta chỉ xây dựng một đờng cong diện tích

đờng sờn ứng với đờng chìm giới hạn Vậy ta có thể xây dựng đờngcong tích phân diện tích đờng sờn với tung độ của nó tính theo côngthức :

(4.27)

Vx là thể tích ngâm nớc tính từ đờng vuông góc mũi đến tiết diệnngang nào đó có hoành độ là x

MB là diện tích sờn ngâm nớc ứng với đờng chìm giới hạn.

Bớc 3: Xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn

- Vẽ đờng cong diện tích sờn ngâm nớc ứng với đờng chìm tới hạn và

đờng cong tích phân của nó Vx(x) trên cùng một đồ thị với đờng congthể tích hạn khoang tới hạn vi(xi)

- Tìm thể tích vi theo xi

Trên đờng cong Vx(x) ta lấy hai tung độ sao cho hiệu của chúng theo

tỷ lệ đồ thị sẽ bằng thể tích khoang vi, còn mô men tĩnh của thể tích

vi đối với tung độ đi qua trọng tâm (hoành độ xi) thì bằng không.Nghĩa là sao cho hoành độ của khoang đó chính là xi Ta thấy diệntích abc và bde cộng lại là mô men tĩnh của thể tích vi đối với trục cd.Xét yếu tố diện tích vdx nó chính bằng yếu tố mô men tĩnh Cả mômen tĩnh

bằng cả diện tích abc Tơng tự cũng đa ra kết luậnvới diện tích bde

Chọn sao cho hai diện tích này bằng nhau và ngợc dấu suy ra mô mentĩnh của cả thể tích vi đối với cd là bằng không Vậy trọng tâm khoangnằm trên trục cd và thỏa mãn có hoành độ trọng tâm khoang bằng xi vàtổng đoạn ac sẽ bằng chiều dài khoang giới hạn

Làm tơng tự đối với các thể tích khoang còn lại ta sẽ tìm đợc 7 hoặc

9 giá trị chiều dài khoang giới hạn

Hình 4.6: Cách xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn.

1 Đờng cong diện tích đờng sờn

2 Đờng cong tích phân của nó

- Đờng cong chiều dài khoang giới hạn đợc xây dựng trong hệ tọa độvuông góc, trên trục hoành theo tỷ lệ chiều dài đặt hoành độ điểmgiữa khoang, tại đó kẻ đờng vuông góc và đặt giá trị chiều dài khoang

2

Cho đờng cong lý thuyết của chiều dài khoang giới hạn (đờng 1) (đã

kể đến các trang thiết bị, hàng hóa, máy móc và các kết cấu trongkhoang) Điểm kết thúc của đờng cong (A và B) tơng ứng với vị tríchiều dài khoang giới hạn ở mũi và đuôi tàu ở đó hiển nhiên là khoảngcách đến giữa khoang tính từ sờn mũi và sờn đuôi lý thuyết (tức làtính từ đờng vuông góc ở mũi và đuôi tàu) sẽ bằng nửa chiều dàikhoang giới hạn Bởi vậy, dễ dàng tìm

Để tính lợng nớc thực tế ngập vào khoang, ta đa ra khái niệm hệ sốngập nớc  Hệ số này là tỷ số giữa thể tích thực tế nớc ngập vàokhoang và thể tích lý thuyết của khoang Hệ số ngập khoang của cácloại tàu khác nhau sẽ khác nhau Hệ số ngập khoang của các khoang lớncho một loại tàu có thể lấy trị số trung bình theo bảng dới đây

1 Khoang để máy, trạm phát điện và những trang bị côngnghệ trên các tàu công nghiệp hải sản có  = 0,85

Hình 4.7 Đờng cong thể tích giới hạn và đờng cong chiều dài khoang giới hạn

1 Đờng cong diện tích đờng sờn ứng với đờng chìm giới hạn.

2 Đờng cong tích phân của nó.

3 Đờng cong chiều dài khoang giới hạn.

4 Đờng cong thể tích khoang giới hạn.

Đối với các tàu chuyên dùng trong các ký hiệu phân cấp có ghi “chởquặng” và các tàu khác thờng xuyên chở quặng, hệ số ngập nớc phải đ-

ợc xác định cụ thể cho những trờng hợp đặc biệt lúc xếp dỡ hàng, cóxét đến tỷ dung của hàng và thể tích tự do của khoang Đối với tàukhách, hệ số ngập nớc  đợc hớng dẫn cách tính trong Qui phạm (Phânkhoang)

Khi tính toán chiều dài khoang giới hạn có kể đến hệ số ngập nớc thì chiều dài khoang giới hạn đợc tăng lên Lúc đó chiều dài khoang lit =

li/ Vì  luôn nhỏ hơn 1 nên lit > li.

Khi thiết kế tàu các vách ngang kín nớc đợc bố trí theo tính toánthiết kế tàu, nhng trong tất cả các trờng hợp chiều dài của khoang tức làkhoảng cách giữa các vách ngang kín nớc không đợc lớn hơn chiều dàikhoang giới hạn Trên trục hoành đặt chiều dài khoang, và xây dựngtam giác cân có chiều cao bằng chiều dài khoang Nếu đỉnh tam giácnằm dới hoặc tiếp xúc với đờng cong chiều dài khoang giới hạn thì khitàu bị tai nạn ngập khoang, đờng nớc tai nạn sẽ nằm dới hoặc tiếp xúc với

đờng chìm giới hạn Trờng hợp ngợc lại, cần thay đổi khoảng cách giữacác vách ngang kín nớc

Từ đờng cong chiều dài khoang giới hạn có thể xây dựng đờng congchiều dài khoang cho phép Các tung độ của đờng cong này có đợcbằng cách nhân tung độ đờng cong chiều dài khoang giới hạn với hệ sốphân chia F nhỏ hơn 1 Hệ số phân chia phụ thuộc vào chiều dài tàu

và đặc tính khai thác của nó Trong trờng hợp nếu hệ số phân chia Fbằng 1; 0,5; 0,33 thì tàu vẫn nổi khi bị tai nạn chỉ tiếp xúc với đờngchìm giới hạn