Ứng dụng phần mềm excel tính toán ổn định tàu

Đồ án tốt nghiệp Đại học chuyên ngành hàng hải. Đề tài ứng dụng phần mềm excel để tính toán ổn định tàu. Đề tài này được xây dụng để tính toán ổn định tàu sông, tàu biển... dựa vào các thuật toán, công thức trong phần mềm Excel.

SVTH: Tống Văn Ánh Page 1

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Trong nhiều năm qua để đáp dứng nhu cầu vận tải của hàng hoá trong nước và quốc tế, cùng với sự quan tâm và đầu tư của nhà nước và các tổ chức kinh tế trong và ngoài nước Thêm vào đó là điều kiện địa hình kinh tế nước ta rất phù hợp cho việc vận chuyển, thương mại bằng đường biển Do đó trong những năm vừa qua đội tàu vận tải của nước ta

đã phát triển tăng trưởng mạnh mẽ cả về chất lượng số lượng và chủng loại Điều đó góp phần phát triển kinh tế của cả nước trong thời gian qua nói chung và thúc đẩy sự phát triển của ngành hàng hải của nhà nước nói riêng Để đạt được hiệu quả trong công vtiệc khai thác tàu biển thì có rất nhiều vấn đề cần quan tâm, một trong những vấn đề đó là việc đảm bảo khả năng đi biển của con tàu.Trong đó việc tính toán các thông số về ổn định tàu là cực kỳ quan trọng, nó có ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn và hiệu quả của toàn bộ con tàu Việc tính toán ổn định tàu đòi hỏi phải tiến hành rất cẩn thận, chi tiết theo những quy định những tiêu chuẩn đã được tổ chức hàng hải thế giới (IMO) đề ra Với sự phát triển rất nhanh của lĩnh vực công nghệ thong tin nên hiện nay trên những con tàu hiện đại thì việc tính toán ổn định tàu có thể được tiến hành rất nhanh chóng nhờ các phần mềm máy tính chuyên dụng được các nhà sản xuất viết riêng cho từng con tàu, tuy nhiên không phải con tàu nào cũng được trang bị phần mềm tính toán này do điều kiện kinh tế, hoặc do con tàu đã quá cũ Trong những trường hợp đó cần tiến hành tính toán ổn định tàu theo hướng dẫn trong hồ sơ tàu, việc này thường mất khá nhiều thời gian

và lặp lại dễ gây nhầm lẫn

Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ có thể ứng dụng tính toán trong mọi lĩnh vực một trong những phần mềm tính toán đáng tin cậy dễ sử dụng và đã được ứng dụng để tính toán trong mọi lĩnh vực: ( kế toán ,tài chính, kĩ thuật …), đó là phần mềm MS excel phần mềm này đã được sử dụng rộng rãi và cũng được các sĩ quan hàng hải sử dụng để tính toán rất nhiều với độ chính xác và tin cậy cao

Vì tất cả những lý do trên và mong muốn tìm hiểu những quy trình tính toán ổn định tàu theo các tiêu chuẩn của IMO nên em đã chọn đề tài là:” Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu hàng”

II Mục đích và phương pháp nghiên cứu đề tài

SVTH: Tống Văn Ánh Page 2

Mục đích của đề tài:” Ứng dụng phần mềm excel trong tính toán ổn định tàu hàng”

là tìm hiểu khái quát chung về lý thuyết tính toán ổn định tàu theo các tiêu chuẩn ổn định của IMO và các chức năng tính toán trong excel kết hợp với ngôn ngữ lập trình VBA trong excel Từ đó xây dựng lên các bảng tính mẫu tự động tính toán ổn định cho một con tàu cụ thể nào đó

Phương pháp nghiên cứu đề tài: Kết hợp lý thuyết tính toán ổn định và bảng tính mẫu cùng với dữ liệu trong hồ sơ tàu Sử dụng các chức năng trong excel và ngôn ngữ lập trình VBA trong excel để tạo ra các bảng tính tự động có thể áp dụng cho các con t àu cụ thể

III Ý nghĩa của đề tài

Kết quả của đề tài có thể áp dụng vào tính toán các thông số ổn định tàu, hoặc tạo

ra một bảng tính ổn định cho một con tàu cụ thể, tạo điều kiện cho việc tính toán tốn ít thời gian hơn mà vẫn có được kết quả chính xác cần thiết

SVTH: Tống Văn Ánh Page 3

PHẦN 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU HÀNG

CHƯƠNG I: THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TUYẾN HÌNH TÀU &

CÁC QUY ĐỊNH LIÊN QUAN 1.1 THÔNG SỐ THEO CHIỀU DỌC TÀU

Hình 1 (Thông số chiều dài )

 Chiều dài toàn bộ (Length Over All - L.O.A): Là chiều dài lớn nhất tính theo chiều dọc tàu

 Chiều dài tính toán (Length Between Perpendicular - L.B.P): Là khoảng cách giữa hai đường thủy trực mũi (FP) và thủy trực lái (AP)

 Đường Thủy trực mũi ( Forward perpendicular): Là đường thẳng vuông góc với

ki tàu ( or base line) và đi qua giao điểm giữa sống mũi tàu với mớn nước thiết kế mùa hè

 Đường Thủy trực lái (Aft perpendicular): Là đường thẳng vuông góc với ki tàu (

or base line) và đi qua tâm của trụ bánh lái tàu

SVTH: Tống Văn Ánh Page 4

1.2 THÔNG SỐ THEO CHIỀU NGANG

Hình 2 (Thông số chiều ngang và chiều sâu)

 Chiều rộng lớn nhất (Breath Over All - B.O.A):

Là chiều rộng lớn nhất tính theo chiều ngang tàu Nó là chiều rộng của hình chữ nhật ngoại tiếp mặtphẳng sườn giữa tàu

 Chiều rộng định hình (Moulded Breath):

Là khoảng cách lớn nhất theo chiều ngang cửa sườn giữa tàu tính từ mặt ngoài của công giang mạn bên này đến mặt ngoài của công giang mạn bên kia (mép trong của tôn mạn)

1.3 THÔNG SỐ THEO CHIỀU SÂU

 Chiều sâu định hình (Moulded Depth ):

Là khoảng cách thẳng đứng ở mặt phẳng sườn giữa tàu đo từ đỉnh sống chính (keel plate) đến mép dưới của boong chính (Deck line)

 Chiều sâu tàu (Depth):

Là chiều cao tính từ mép ngoài của ki tàu tới mép trên của boong liên tục, đo ở mặt phẳng sườn giữa tàu

SVTH: Tống Văn Ánh Page 5

1.4 THUẬT NGỮ VỀ THỂ TÍCH VÀ TRỌNG TẢI CỦA TÀU BIỂN

( VOLUMES AND WEIGHTS

Tại hội nghị của IMO năm 1969, người ta đã đưa ra một đơn vị mới “ Gross tonnage” and

“ Net tonnage” để thống nhất quốc tế về đơn vị tính độ lớn của tàu, những đơn vị đó vẫn được sử dụng tới ngày nay

Hình 3 (Thuật ngữ về thể tích và trọng tải)

a) Tấn đăng ký Register ton

Để xác định thể tích của các không gian của tàu thì người ta sử dụng “tấn đăng ký” Một “tấn đăng ký” bằng 100 feet khối hay tương đương với 2.83 m³

b) Dung tích toàn bộ Gross Tonnage ( GT)

Được xác định như sau: Trước tiên nó được xác định thông qua một công thức để tính ra thể tích với đơn vị là m³ của phần nằm phía dưới boong chính và các

không gian khép kín nằm trên boong chính

c) Dung tích có ích Nett Tonnage (NT)

Nhằm diễn tả thể tích của các không gian chứa hàng Dung tích có ích cũng có thể được xác định bằng cách lấy dung tích toàn phần (GT) trừ đi đi không gian dùng cho ( Thuyền viên; Thiết bị điều khiển; Thiết bị đẩy ; nhà xưởng của tàu) NT thường không nhỏ hơn 30%GT

d) Lượng chiếm nước Displacement

Là trọng lượng toàn bộ của tàu tương ứng với trọng lượng thể tích của nước mà

SVTH: Tống Văn Ánh Page 6

tàu chiếm chỗ ở mớn nước tương ứng

Displacement(t) = Water occupied Displacement (m3) * Density of water (t/m3) e) Lượng chiếm nước tàu không Light Displacement

Đây là trọng lượng của con tàu ở trạng thái không tải Nó bao gồm thân tàu, máy móc và các thiết bị thường dùng như ( hệ thống neo, hệ thống cứu sinh, sơn, dầu bôi trơn…)

f) Trọng tải Dead Weight

Là trọng lượng hàng có thể xếp xuống một con tàu sao cho nó đặt tới phần chìm lớn nhất cho phép Trọng tải gần như cố định đối với mỗi con tàu

Deadweight = Full loaded Displacement – Light Displacement

g) Lượng hàng hóa chuyên chở Cago capacity (t)

Với tàu hàng, khi ta biết Deadweight thì ta có thể có thể ước lượng được tổng trọng lượng của hàng hóa mà tàu có thể xếp được Tổng trọng lượng hàng hóa đó luôn luôn nhỏ hơn Deadweight, và nó cũng không cố định cho mọi chuyến đi

Về lý thuyết thì Cargo capacity (t) = Deadweight (t) – Ballast, feul, provision (t); nhưng thực tế để xác định lượng hàng hóa xếp (dỡ) xuống tàu thì người ta dùng phương pháp giám định mớn nước

1.5.CÁC HỆ SỐ BÉO CỦA MỘT SỐ MẶT CẮT CƠ BẢN CỦA THÂN TÀU / COEFFICIENTS

 Hệ số béo mặt phẳng đường nước / Waterplane-coefficent ( Cw):

SVTH: Tống Văn Ánh Page 7

CHƯƠNG II: ỔN ĐỊNH TÀU

2.1 HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ CỦA TÀU & CÁC KÍ HIỆU

Y

Z

X

 K (keel of ship) : Sống đáy của tàu

 TPC (tons per Centimeter) :

Số tấn làm thay đổi một centimet chiều chìm trung bình của tàu

 MTC (Moment to change Trim one Centimeter) :

Mô men làm thay đổi 1centimet chiều chúi của tàu Đây chính là độ lớn của một momen để làm thay đổi một centimet chiều chúi của tàu

 KB (Vertical center of buoyancy):

Chiều cao tâm nổi, là độ cao của tâm nổi B tính từ đường cơ sở (thường lấy từ ki tàu)

SVTH: Tống Văn Ánh Page 9

 KG (Vertical center of Gravity) :

Chiều cao trọng tâm, là độ cao của trọng tâm G tính từ đường cơ sở (thường lấy từ

ki tàu)

 TKM (transverse Metacenter height) :

Chiều cao tâm nghiêng ngang ,là độ cao tâm nghiêng ngang tính từ đường cơ sở (thường lấy từ ki tàu)

 LCB (Longtitudinal center of Buoyancy) : Hoành độ tâm nổi B tính từ mặt phẳng sườn giữa

 LCG ( Longtitudinal center of Gravity): Hoành độ trọng tâm tính từ mặt phẳng sườn giữa

 LCF (Longtitudinal center of Floatation) : Hoành độ tâm măt phẳng đường nước tính từ mặt phẳng sườn giữa

2.2 ỔN ĐỊNH TĨNH

2.2.1 Khái niệm về ổn định tàu

 Tàu cũng như bất cứ một vật thể nào đó khi nổi ở trên mặt nước thì nó đang là kết quả của sự cân bằng giữa trọng lực của nó (P) và lực đẩy Acsimet (Fa) Khi có tác động của ngoại lực, con tàu sẽ bị nghiêng đi một góc nào đó, lập tức có một

moment hồi phục xuất hiện để chống lại sự nghiêng đó và làm cho con tàu trở về trạng thái ban đầu

 Vậy có thể nói “ổn định” là khả năng con tàu tự trở về vị trí cân bằng ban đầu sau khi lực tác động của ngoại lực gây nghiêng (sóng, gió, ) ngừng tác dụng

SVTH: Tống Văn Ánh Page 10

Hình 5

2.2.2.Đại lƣợng cơ bản để nghiên cứu ổn định “ngang” của tàu

 Cao độ trọng tâm tàu: KG

 Cao độ tâm nổi tàu : KB

 Biểu thị cho ki tàu là : K

 Tâm nghiêng ngang : M (Giao điểm của hai đường thẳng đứng đi qua hai vị trí của tâm nổi tương ứng với hai góc nghiêng nhỏ liên tiếp)

 Trong trường hợp tàu cân bằng như trên ta có công thức đại số như sau:

KM=KB+B hoặc KM=KG+GM

2.2.3.Trạng thái cân bằng của tàu

 Cũng như các vật thể khác, tàu có (03) ba trạng thái cân bằng: cân cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định

a Cân bằng bền (Ổn định)

 Là khả năng tàu tự lấy lại (xu thế trở về) vị vị trí cân bằng ban đầu khi ngoại lực ngưng tác động Trường hợp này GM >0 ( M nằm phía trên G)

SVTH: Tống Văn Ánh Page 11

Hình 6

b Cân bằng phiếm định

 Khi con tàu bị lực tác động làm lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu thì nó không thể

tự trở lại vị trí cân bằng ban đầu nữa mà xác lập một trạng thái cân bằng mới tại

đó Trường hợp này GM=0 (G trùng với M)

Hình 7

SVTH: Tống Văn Ánh Page 12

c Cân bằng không bền ( bất ổn định)

 Khi con tàu bị ngoại lực tác động đẩy lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu thì tàu không tự lấy lại vị trí cân bằng ban đầu cũng như không xác lập được trạng thái cân bằng mới Trường hợp này GM<0 ( M nằm phía G)

Hình 8

2.3 ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA TÀU

2.3.1 Đại lƣợng đặc trƣng đánh giá ổn định tàu

 Ta thấy rằng khi tàu bị nghiêng so với vị trí cân bằng ban đầu do tác động của ngoại lực (…) thì tâm nổi B của tàu sẽ bị dịch chuyển tới vị trí mới tương ứng với thể tích của phần thân tàu chìm dưới nước, trong khi đó thì trọng tâm G của tàu không đổi Vậy nên tự bản thân con tàu sinh ra cặp ngẫu lực P (Disp) và

F(acsimet) và có xu hướng đưa con tàu về vị trí cân bằng ban đầu

 Như vậy giá trị Moment của cặp ngẫu lực này lớn thì sẽ đưa tàu về vị trí cân bằng ban đầu nhanh và ngược lại Người ta gọi Moment này là Moment hồi phục và cũng là đại lượng đặc trưng cho ổn định tàu

SVTH: Tống Văn Ánh Page 13

Mhp = Disp* GZ

Trong đó:

 Mhp: Môment hồi phục của tàu

 Disp: Lượng dãn nước của tàu

 Qua khảo sát ta thấy được rằng ở các góc nghiêng nhỏ (<15º) thì tâm nghiêng ngang M cố định vì tâm nổi B di chuyển theo quỹ đạo tròn, còn đối với các góc nghiêng lớn hơn thì tâm nghiêng ngang M không cố định nữa vì quỹ đạo di

chuyển của tâm nổi B không phải là đường tròn nữa

2.3.2 Xét ổn định tàu ở góc nghiêng nhỏ ( ổn định ban đầu)

a Chiều cao thế vững ban đầu (GM) đặc trưng cho cánh tay đòn GZ

Hình 9 (ổn định tàu tại góc nghiêng nhỏ)

SVTH: Tống Văn Ánh Page 14

 Theo hình vẽ ta có GZ = GM * Sinα

 Do đó Mhp = D * GM * Sinα

 Từ công thức trên ta thấy, cùng một lượng dãn nước D, cùng một góc

nghiêng α , độ lớn của mô men hồi phục phụ thuộc vào độ lớn của GM, hay nói cách khác GM đặc trưng cho cánh tay đòn GZ

Vậy ở góc nghiêng nhỏ thì Moment hồi phục phụ thuộc vào GM và GM được

gọi là chiều cao thế vững ban đầu của tàu

 Khi GM > 0 thì Mhp > 0 Tàu ở trạng thái cân bằng bền

GM = 0 thì Mhp = 0 Tàu ở trạng thái cân bằng phiếm định

GM < 0 thì Mhp < 0 Tàu ở trạng thái cân bằng không bền

 Tuy nhiên:

- Nếu tàu có GM lớn thì nó sẽ lắc cứng ( stiff )

- Nếu GM nhỏ thì tàu sẽ lắc mềm (Tender )

b Tính toán chiều cao thế vững ban đầu GM

 Trong công thức trên:

* Dls : Trọng lượng tàu không (lấy trong hồ sơ tàu)

* KGls : Chiều cao trọng tâm tàu không (lấy trong hồ sơ tàu)

* Pi : Trọng lượng các thành phần trọng lượng thứ (i) trên tàu (hàng trong các hầm, nước dằn ba lát, nhiên liệu, nước ngọt trong các két, lương thực, thực phẩm dự trữ )

* KGi : Chiều cao trọng tâm các thành phần trọng lượng Pi tương ứng so với ky tàu

Mà G1 đương nhiên là sẽ dịch chuyển về gần mặt phẳng vuông góc với mặt biển ở

tư thế mới hơn so với G Nghĩa là cánh tay đòn GZ sẽ giảm xuống còn G1Z1, và đồng nghĩa với việc ổn định của tàu giảm đi

G1Z1 = GZ-GT

- Như hình 10 trên, bằng phương pháp tịnh tiến hình học đơn giản và không làm mất quan hệ giá trị của các đại lượng, thì ta có trọng tâm “ảo” của tàu là Go và tương ứng ta có Z

Vậy GoZ = GZ-GT GoZ = GM.sin(heel) – GGo.sin(heel) = ( GM-GGo).sin(heel)

- Vậy GGv chính là giá trị “ảo” thể hiện ổn định tàu bị “mất đi” do ảnh hưởng

- Xét nêm được tạo ra do chất lỏng dịch chuyển trong một két trên tàu

Thể tích của nêm được tính như sau:

Là mô men quán tính của mặt thoáng chất lỏng trong két đang xét

Mà mô men của thể tích nêm nước với trục x còn là nên ta có được

 Ta thấy như sau: Không phụ thuộc vào điểm M cố định hay không, từ trọng tâm của tàu G ta luôn hạ được đường vuông góc với phương của lực Acsimet Z Vậy cánh tay đòn GZ là xác định với mọi góc nghiêng:

GZ = KN – KGo * Sin(heel)

 Khi có được các giá trị KN từ tập hợp các đường hoành giao, ta sẽ có tập hợp các điểm (heel, GZ) gọi là đồ thị biểu diễn giá trị GZ Ta đánh giá ổn định tàu bằng việc so sánh các giá trị rên đồ thị của GZ với các tiêu chuẩn quy định trong IMO

A 167

 Trong thực tế tính toán ổn định cho tàu thì trong hồ sơ tàu người ta đã cho sẵn và xây dựng lên họ đường cong cánh tay đòn ổn định cho tàu để đơn giản hoá quá trình tính toán của người sỹ quan hàng hải Có hai họ đường cong cánh tay đòn ổn định đó là họ đường cong KN và họ đường cong GZ

Hình 13

 Từ hình 13 ta có thể biểu diễn giá trị của GoZ theo GaZ

GoZ = GaZ – GoGaSinθ = GaZ – ( KGo – KGa)Sinθ ( KGo > KGa )

và góc nghiêng tàu

 Cách sử dụng các đường cong GZ trong tính toán:

Giả sử ta muốn tính toán GZ tại một lượng rẽ nước D, thì ta đưa giá tri D đó vào làm đối số và tim được giá trị GaZ tại góc nghiêng nào đó

Tương tự như họ đường cong GZ nhưng chỉ khác với KGa= 0 khi đó giá trị

GaZ = KN với N là hình chiếu của K trên phương của lực nổi đi qua tâm nổi B

 Họ đường cong trong hồ sơ tàu

- Một số tàu thì họ đường cong hoành giao là dạng GZ cross curves

Hình 14 ( Họ đường cong GZ )

 Bước 3: Dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh

 Bước 4: Đánh giá ổn định thông qua đồ thị

SVTH: Tống Văn Ánh Page 22

Hình 16

e Các yếu tố của đường cong cánh tay đòn ổn định GZ

 Giới hạn ổn định từ 0º- θ

 Diện tích giới hạn tới các góc nghiêng đặc biệt

 Giá trị cực đại của cánh tay đòn GZmax

 Giá trị yêu cầu của chiều cao thế vững ban đầu GM

 Góc gập nước, Góc lật

f Tính diện tích giới hạn bởi đồ thị GZ với các giá trị góc nghiêng

 Để tính toán diện tích giới hạn bởi đường cong GZ tương đối chính xác, người ta

sẽ coi đường cong này tương đương với đường cong bậc 2 (Parapol) Khi đó người

ta sẽ dùng quy tắc Simpon thứ nhất để tính diện tích giới hạn này

 Giả sử ta có đồ thị của hàm số bậc hai

Y = + x +

Trong đó , , là hằng số bất kỳ Lấy 03 giá trị của hàm số Y1(x=0),

Y2(x=h), Y3(x=2h)

SVTH: Tống Văn Ánh Page 23

Hình 17

Như hình vẽ 17 coi thành phần diện tích nhỏ như hình chữ nhật nên diện tích của nó

là ydx và ta có diện tích toàn bộ hình phẳng giớ hạn sẽ là:

SVTH: Tống Văn Ánh Page 24

Ta có thể tóm tắt cách tính diện tích theo quy tắc Simpson thứ nhất như sau:

- Lấy 03 giá trị hoành độ ( , , ) sao cho = ( + ) = h

- Thế các giá trị ( , , ) vào hàm số ta sẽ có hàm số tương ứng ( , , )

- Thế các giá trị ( , , ) và h vào công thức (***) ta có diện tích cần tìm

2.4.TRẠNG THÁI ĐỘNG, TĨNH CỦA NGOẠI LỰC / ỔN ĐỊNH ĐỘNG

 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)

2.4.1 Trạng thái động hay tĩnh của ngoại lực tác động tới tàu

a.Ngoại lực tĩnh:

 Ở đây muốn thể hiện rằng ngoại lực tác động vào tàu có cường độ và phương tác dụng tương đối ổn định (Steady) Ngoại lực này có thể là Gió (steady wind) hay là Sóng (Wave, Swell) Khi đó tàu sẽ chống đỡ lại sự tác động của ngoại lức này một cách điều với giá trị hồi phục xác lập

b.Ngoại lực động:

 Ở đây muốn thể hiện ngoại lực tác động vào tàu có cường độ và phương tác dụng thay đổi nhanh như Gió giật từng cơn ( Gust Wind) hay sóng do gió giật gây ra Khi đó tàu chống đỡ sự tác động “ động” này với giá trị hồi phục thay đổi liên tục

và bất ngờ

2.4.2 ỔN ĐỊNH ĐỘNG

a Khái niệm

 Ổn định động của tàu tại một góc nghiêng nhất định nào đó chính là công sinh ra

để chống lại sự tác động của ngoại lực lên tàu

 Khi có ngoại lực tác động làm tàu nghiêng thì có nghĩa là ngoại lực đó đã sinh công làm nghiêng tàu Và Mô men hồi phục cũng sẽ sinh ra công “Công hồi phục”

SVTH: Tống Văn Ánh Page 25

để cân bằng với công gây nghiêng tàu Trạng thái cân bằng động đạt được khi hai công này bằng nhau

b.Tính ổn định động của tàu

 Khi bị tác động của ngoại lực tàu sẽ bị nghiêng tới một góc nghiêng động nào

đó Và cũng có nghĩa là ngoại lực đã thực hiện một công làm cho tàu nghiêng tới góc đó Tàu sẽ tự lấy lại vị trí cân bằng ban đầu hoặc chống lại xu thế

nghiêng đó nhờ công của nội lực “Disp” và đó chính là ổn định động của tàu

Mà lực “Disp” có phương tác dụng thẳng đứng nên công do nó sinh ra chính là tích số giữa lưực “Disp” và khoảng cách dịch chuyển theo chiều thẳng đứng

SVTH: Tống Văn Ánh Page 27

Ổn định động = ∫ =D*∫

 Qua công thức này chúng ta thấy ổn định động của tàu tới góc nghiêng nào đó chính là tích số giữa lượng dãn nước và diện tích giới hạn bởi đường cong GZ tới góc nghiêng đó

SVTH: Tống Văn Ánh Page 28

CH ƢƠNG III CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TÀU

3.1 Tiêu chuẩn ổn định cho tàu không có hàng gỗ trên boong

IMO A167

a) Diện tích phía dưới cánh tay đòn ổn định (đường cong GZ) phải không nhỏ hơn 0.055 m.rad khi tính đến góc nghiêng 30º và không nhỏ hơn 0.090 m.rad khi tính tới góc nghiêng 40º hoặc góc ngập nước nếu góc này nhỏ hơn 40º

Ngoài ra, phần diện tích phía dưới đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh (đường cong GZ) nằm giữa góc nghiêng 30º và 40º hoặc góc ngập nước nếu góc ngập nước nhỏ hơn 40º phải không nhỏ hơn 0.030 m.rad

b) Độ lớn cánh tay đòn ổn định tĩnh GZ tối thiểu phải bằng 0.20 m tại góc nghiêng lớn hơn hoặc bằng 30º

c) Cánh tay đòn ổn định tĩnh nên đạt giá trị cực đại tại góc nghiêng không nên nhỏ hơn 30º nhưng không được nhỏ hơn 25º

d) Chiều cao thế vững ban đầu GM không được nhỏ hơn 0.15m

Hình 18

SVTH: Tống Văn Ánh Page 29

3.2 Tiêu chuẩn ổn định cho tàu chở hàng gỗ trên boong IMO A167

 Diện tích dưới đường cong cánh tay đòn ổn định GZ tính theo góc nghiêng từ 0º – 40º hoặc từ 0º tới θf (tuỳ theo giá trị nào nhỏ hơn 40º hoặc θf) không nhỏ

hơn 0.08m-rad với θf là góc ngập nước

 Giá trị GZ lớn nhất không nhỏ hơn 0.25

 Giá trị GoM phải luôn dương trong suốt chuyến hành trinh sau khi đã hiệu chỉnh cho các yếu tố:

- Ảnh hưởng của môment mặt thoáng chất lỏng trong các két, sự hút ẩm của hàng hoá trên boong, sự ngưng tụ của băng đá trên các bề mặt tôn vỏ

- Ngoài ra giá trị GoM tại thời điểm khởi hành không được nhỏ hơn 0.10m

3.3 Đối với tàu hàng vận chuyển “hàng hạt dạng rời” / Tiêu chuẩn -

IMO A.264

 Hàng hạt (Grain) bao gồm các loại hàng hóa là sản phẩm của nghành nông nghiệp như: Wheat, Corn, Oats, Rye, Barley, Rice, Dried peas, Bean and seeds… Chúng

có đặc tính tương đối giống nhau Khi vận chuyển dạng xá thì chúng rất dễ bị phá

vỡ liên kết khi tàu nghiêng, và hàng hóa sẽ chẩy xuống phía mạn thấp- như chất lỏng

 Ngoài ra khi có sự rung nhẹ thì chúng sẽ lắng lại Chính vì vậy nên trọng tâm G và tâm nổi B sẽ dịch chuyển, nên ổn định chuẩn (A167) của tàu sẽ không bao quát được Vậy nên một tiêu chuẩn khác đã được đưa ra nhằm giải quyết triệt để vấn đề phát sinh khi vận chuyển hàng hạt- Đó chính là Grain Code

 Ở đây chỉ trích gới thiệu “ Yêu cầu ổn định” cho tàu vận chuyển hàng rời dạng hạt trích từ bộ luật Grain Code:

 Sau khi xét đến các khía cạnh được mô tả ở Phần B của Bộ luật Grain Code và kết hợp với hình vẽ số 16 dưới đây, thì những đặc tính về ổn định nguyên vẹn của bất

cứ tàu vận chuyển xá hàng hạt dạng rời nào cũng phải phải đáp ứng các tiêu chuẩn sau trong suốt chuyến đi:

nghiêng đó phải nhỏ hơn góc gập nước nếu góc gập nước này nhỏ hơn 12º

b Trên đồ thị của cánh tay đòn ổn định tĩnh, diện tích còn lại được gới hạn bới đồ thị

GZ và cánh tay đòn nghiêng ngang ( do hàng hạt dịch chuyển) tính tới góc

nghiêng 40º hoặc góc gập nước nếu góc này nhỏ hơn 40º không được nhỏ hơn 0.075 m.rad với mọi điều kiện xếp hàng

c Chiều cao thế vững ban đầu (sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng của các tank két) GoM không nhỏ hơn 0.30 mét

d Trước khi xếp hàng hạt dạng rời xuống tàu, nếu chính quyền cảng hay chính quyền của quốc gia thành viên yêu cầu thì Thuyền trưởng phải chứng minh khả năng ổn định của tàu ở tất cả các quá trình của chuyến đi xem có tuân thủ các tiêu chuẩn được yêu cầu của yêu cầu này

e Sau khi hoàn thành việc xếp hàng xuống tàu, Thuyền trưởng phải chắc chắn rằng tàu tàu ở tư thế cân bằng ngang ( upright) trước khi khởi hành.”

SVTH: Tống Văn Ánh Page 31

f Với đường cong cánh tay đòn hồi phục (khi xếp hàng grain) được thể hiện từ các

số liệu tra từ “Họ đường cong hoành giao” Nhằm mục đích thể hiện đường cong cánh tay đòn hồi phục một cách đầy đủ, chính xác thì “ Họ đường cong hoành giao” phải có đường cong hoành giao của góc nghiêng 12º và 40º

3.4 Đối với tàu chịu tác động của yếu tố thời tiết / Trích tiêu chuẩn A.562

 Khả năng của một con tàu chống lại sự tác động kết hợp giữa gió chính ngang và lắc ngang phải được chứng minh cho mỗi điều kiện tiêu chuẩn của tải, với tham chiếu đến các số liệu như sau:

a Khi con tàu bị áp lực gió ổn định tác động theo chiều vuông góc với trục dọc tàu, thì nó sẽ sinh ra “cánh tay đòn của mômen gây nghiêng do gió ổn định tạo ra (lw1)”

b Từ kết quả của sự cân bằng (θo), giả sử con tàu bị lắc ngang do tác động của sóng tới góc nghiêng là (θ1) về hướng gió thổi Phải chú ý đến ảnh hưởng của gió ổn định, từ đó tránh được sự nghiêng vượt mức (* 16º or 80%)

c Tàu trên sau đó chịu áp lực của gió giật và đã tạo ra “cánh tay đòn của mômen gây nghiêng do gió giật tạo lên (lw2)”

d Với các điều kiện trên thì diện tích “b” phải bằng hoặc lớn hơn diện tích “a”

e Ảnh hưởng của mặt thoáng chất trên tàu phải được tính đến cho các điều kiện xếp hàng chuẩn như đã quy định ở A.167

Hình 20

SVTH: Tống Văn Ánh Page 32

 Các góc nghiêng ở hình trên được định nghĩa như sau:

 θo= Góc nghiêng do tác động của gió ổn định

 θ1= Góc nghiêng do chống đỡ sự tác động của sóng

 θ2= Góc ngập nước (θf) hoặc 500 hoặc (θc) trong trường hợp nhỏ hơn Góc ngập nước θf là góc nghiêng tại đó các khoảng không của thân, thượng tầng hay khu cabin không thể được giữ kín nước khi bị gập tới Lượng hở dẫn đên rò rỉ nhỏ thì không cần xem xét theo tiêu chuẩn này

 θc = Góc ứng với giao điểm lần hai giữa đường công GZ và cánh tay đòn lw2

- Những cánh tay đòn gây nghiêng của gió lw1 và lw2 ở tiêu chuẩn này là các giá trị không đổi với mọi góc nghiêng và được tính bằng công thức sau:

- D = Lượng chiếm nước của tàu (t)

 Góc nghiêng θ1 ** trong tiêu chuẩn này được xác định như sau:

= 109*k* * *√ (độ) Với: k là hệ số và có giá trị như sau:

 k= 1.0 Đối với nhưng tàu không vây giảm lắc

 k= 0.7 Đối với tàu có vây giảm lắc dẹt

 k= check Đối tàu có cả vây và thanh giảm lắc ( Tra Table 3)

 r= 0.73 ± 0.6 OG/d: OG: Là khoảng cách từ “G” tới Waterline, „+‟ khi G

ở trên Waterline, „-„ trong trường hợp ngược lại,

d : Mớn nước định hình trung bình của tàu, S= Là hệ số được tra từ Table 4

 L= Chiều dài của mặt phẳng đường nước của tàu(m)

 B= Chiều ngang định hình của tàu (m)

 d= Mớn nước định hình của tàu (m)

h) Tâm nổi F : là giao điểm của các mặt phẳng đường nước khi tàu ở các tư thế

nghiêng khác nhau ở cùng một lượng dãn nước

i) Mớn nước trung bình thật : là mớn nước tính được tại tâm đường nước

- Nếu ta đặt một trọng vật phía sau trọng tâm tàu thì trọng tâm tàu dịch chuyển từ

G tới G‟ Trọng lực tác động thông qua G‟ từ trên xuống dưới và lực nổi tác động qua B từ dưới lên trên Trọng lực và lực nổi tạo nên một ngẫu lực có tác dụng làm cho tàu có khuynh hướng chúi vế phía lái

đứng với G‟ thì tàu xác lập một trạng thái cân bằng mới

- Xét hệ quy chiếu gắn với thân tàu Oxyz, cặp ngẫu lực “ trọng lực – lực nổi” đã tạo ra mô men chúi

Mc = D* GB hay có thể biểu diễn là: Mc = D * ( LCG – LCB )

- Tại mớn nước nhất định, hiệu số mớn nước mũi lái tỷ lệ với mô men gây chúi

- Giá trị mô men làm thay đổi 1cm hiệu số mớn nước (MTC) được cho trong hồ sơ tàu

D : là lượng giãn nước của tàu

LCB: là hoành độ tâm nổi tra trong hồ sơ tàu với đối số là D

MTC : là mô men làm thay đổi 1cm hiệu số mớn nước tra trong hồ

SVTH: Tống Văn Ánh Page 38

sơ tàu với đối số là D

LCG được tính theo công thức :

LCG = ∑

∑

Trong đó:

Dls : là lượng giãn nước tàu không

LCGls : là hoành độ trọng tâm tàu không

Pi : là trọng lượng của khối hàng thứ i

LCGi : là hoành độ trọng tâm khối hàng thứ i

4.2.2 Xác định mớn nước mũi lái:

- Ta thấy rằng ứng với mỗi lượng giãn nước D nào đó tàu sẽ có một mớn nước tương đương giá trị này được tra trong hồ sơ tàu với đối số là D mà ta tính toán cho một phương án xếp hàng

- Từ giá trị mớn nước tương đương tra được ta sẽ tính toán được mướn nước cụ thể cho phương án xếp hàng như sau:

 Trường hợp 1: Tàu chúi lái và tâm mặt nổi F nằm trước mặt phẳng sườn giữa