BIA BAI GIANG - On Dinh Tau_merged

mới, nhưng chưa có nhiên liệu, các thiết bị dự trữ, hàng hóa, thủy thủ đoàn và các vật dụngmang theo của họ, không có bất kỳ chất lỏng nào trên tàu ngoại trừ dầu, dầu thủy lực, dầubôi tr

TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II

KHOA ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN

o0o…

ỔN ĐỊNH TÀU THỦY

Biên soạn: Hoàng Văn Ánh

(Tài liệu lưu hành nội bộ)

Hệ tọa độ và các kích thước cơ bản của tàu……….1

Các thành phần dung tích và tải trọng tàu………8

Hồ sơ ổn định tàu……….11

Khái niệm ổn định tàu……… 15

Ổn định góc nghiêng nhỏ……….22

Ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng đến chiều cao thế vững………28

Cách hiệu chỉnh chiều cao thế vững………32

Kiểm tra chiều cao thế vững………37

Ổn định góc nghiêng lớn……….40

Đánh giá ổn định tàu………46

Bài tập lớn………52

Phụ lục……….63

BÀI 1: HỆ TỌA ĐỘ VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TÀU

1 Hệ tọa độ thân tàu

Để thuận tiện cho việc khảo sát ổn định tàu, người ta thường biểu diễn các quan hệ thủytĩnh trên các mặt phẳng tiêu biểu cảu thân tàu

1.1 Mặt phẳng trục dọc

Mặt phẳng trục dọc là thiết diện được tạo ra giữa thân tàu với mặt phẳng dọc vuông gócvới tấm ky tàu, cắt dọc thân tàu ra làm hai phần bằng và đối xứng nhau Mặt phẳng trụcdọc thường dung để biểu diễn các quan hệ thủy tĩnh cho các phần ổn định dọc và tính toánmớn nước của tàu

1.2 Mặt phẳng sườn giữa

Mặt phẳng sườn giữa là tiết diện tạo ra giữa thân tàu với mặt cắt ngang vuông góc với cảtấm ki tàu và mặt phẳng trục dọc tại vị trí trung điểm dọc của tàu Mặt phẳng sườn giữađược dung để mô tả các quan hệ thủy tĩnh cho ổn định tàu

2 Kích thước cơ bản của tàu

2.1 Kích thước theo chiều dọc

Chiều dài lớn nhất (L OA ): Là chiều dài lớn nhất tính theo theo chiều dọc tàu Nó được

tính từ điểm xa nhất ở phía mũi tàu tới điểm xa nhất về phía lái tàu

Đường thủy trực mũi (FP): Là đường thẳng vuông góc với ki tàu (hay còn gọi là mặt

phẳng cơ sở) và đi qua giao điểm giữa sống mũi tàu với đường nước cách mép trên ki tàumột khoảng bằng 85% chiều sâu định hình của tàu (thường trùng với đường nước mùa hè

ở vùng nước mặn)

Đường thủy trực lái (AP): Là đường thẳng vuông góc với ki tàu (hay còn gọi mặt mặt

phẳng cơ sở) và đi qia mép sau của trụ bánh lái hoặc tâm trục bánh lái đối với tàu không

có trụ lái Ở một số tàu đặc thù thì điểm ở trụ bánh lái có thể là một vị trí khác gần đó.Hai đường thủy trục còn gọi là hai đường vuông góc tính toán, các dữ liệu thủy tĩnh cơ bảnđược xây dựng trên cơ sở các kích thước định hình trong đó có hai đường này Mớn mướcmũi, lái thật của tàu là mớn nước tính trên đường thủy trực mũi và lái Để thuận tiện chocông tác đọc mớn nước thì trên hầu hết các tàu có khắc thước đọc mớn (draft marks)không trùng với đường thủy trực nên cần phải quy đổi từ mớn nước đọc về mớn nước thậtcủa tàu khi tính toán

p

Hình 1.3: Mặt phẳng đường nước

Chiều dài giữa hai đường thủy trực (L BP ): Đây là chiều dài tính toán, là khoảng cách

giữa hai đường thủy trực mũi và đường thủy trực lái

Chiều dài đường nước (L WL ): Là chiều dài lớn nhất đo trên mặt phẳng đường nước ứng

với mớn nước nhất định

2.2 Kích thước theo chiều ngang và chiều sâu

Đường thủy trực mũi/ For perpendicular

Admidsh Đường thủy

Mớn

Nắp hầm hàng Chiều rộng định

Độ cất Mặt phẳng giữa sườn

Hình 1.5: Kích thước theo chiều ngang

- Chiều rộng lớn nhất (Breadth Extreme -Beam): Là khoảng cách nằm ngang, tính bằng

mét, đo từ mép ngoài của sườn mạn bên này đến mép ngoài của sườn mạn bên kia, tại vịtrí rộng nhất của thân tàu

- Chiều rộng định hình (Moulded Breadth): Là khoảng cách nằm ngang định lớn nhất,

tính bằng mét, đo từ mép ngoài của sườn mạn (công giang) bên này đến mép ngoài củasườn mạn bên kia

- Chiều sâu (Depth): Là chiều cao tính từ mép dưới của ki tàu tới mép trên của boong liên

tục, đo ở mặt phẳng sườn giữa tàu

- 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)

- Mớn nước (Draft): Mớn nước này được biểu thị là mớn nước lớn nhất (extended draft), là

khoảng cách tính theo phương thằng đứng từ mép dưới của sống chính (keel plate) với mặtphẳng ngấn nước quanh tàu

- Mớn nổi (Air draft): Là khoảng cách tính từ đường ngấn nước tới đỉnh cột cao nhất của

tàu

3 Thước nước đọc mớn nước của tàu

3.1 Vị trí của thước đọc mớn nước trên thân tàu

Mớn nước thật hay còn gọi là mớn nước tính toán của tàu được tính ở đường thủy trực vàchính giữa tàu (midlength) Tuy nhiên, việc đặt thước đọc mớn (draft mark) đúng vị trí củađường thủy trực hầu như không thực hiện được do đặc trưng của tuyến hình tàu Thướcđọc mớn thường được đặt cách đường thủy trực một khoảng cách nào đó có xét đến yếu tố

dễ đọc nhất

Các thước nước trên tàu bao gồm:

- da.p: Thước mớn nước lái bên trái

- dm.p: Thước mớn nước giữa bên trái

- df.p: Thước mớn nước giữa bên phải

- da.s: Thước mớn nước lái bên phải

- dm.s: Thước mớn nước giữa bên phải

- df.s: Thước mớn nước mũi bên phải

- da, dm, df: Là thước đọc quy về mặt phẳng trục dọc tàu phía lái, giữa và mũi Đây còn gọilài mớn nước biểu kiến.

-Thước nước được khắc nổi trên thân tàu với kiểu chữ số Ả Rập theo hệ mét và luật số Lã

Mã theo hệ Anh truyền thống

Các con số trên thước nước hệ mét có độ cao 10cm, khoảng cách giữa hai số liền kề là10cm và đặc biệt là bề dày các nét chữ phải bằng nhau và bằng 2cm Đối với hệ Anhtruyền thống thì độ cao của chữ trên thước 06 inch và khoảng cách cũng là 06 inch

Hình 1.7 Thước nước mũi lái

4 Dấu chuyên chở

Hầu hết các tàu được ấn định mạn khô nhỏ nhất tương ứng với các dấu chuyên chở (loadlines) Chúng được gắn cố định ở hai bên mạn tại giữa tàu

Admidships

Hình 1.6: Vị trí thước nước đọc mớn (Draft mark)

Đường thủy trục mũi/ For perpendicular

Chiều dài giữa hai đường thủy trực L BP

Chiều dài giữa lớn nhất L OA

Đường thủy trực lái/

Afte perpendicular Thước đọc mớn nước mũi

Thước đọc mớn nước lái

Thước đọc mớn nước giữa

- Dấu boong chính (deck line): Là đoạn thẳng song song với ki tàu có bề dày là 25 cm và

có khẩu độ là 300 mm được gắn ở hai bên mạn tại vị trí chính giữa tàu Mép trên của dấuboong chính đi qua giao điểm giữa bề mặt mạn tàu với bề mặt boong thời tiết liên tục Tuynhiên, dấu boong chính có thể gắn cách một điểm cố định nào đó trên mạn tàu với điềukiện rằng mạn khô tương ứng phải được hiểu chỉnh phù hợp và những thông số này phảiđược ghi rõ ràng trên giấy chứng nhận dấu chuyên chở của tàu Trường hợp này sử dụngcho các tàu có boong lượn góc

- Dấu chuyên chở theo vùng mùa: Ký hiệu dấu chuyên chở bao gồm một đường tròn có có

đường kính ngoài là 300 mm, độ dày dấu chuyên chở là 25 mm và một đoạn thẳng có độdày 25 mm dài 450 mm nằm ngang đối xứng qua tâm đường tròn Tâm của đường tròn sẽtrùng với vị trí chính giữa tàu (midlength) và cách mép trên của dấu boong chính đúngbằng giá trị mạn khô mùa hè của tàu tại vùng nước mặn

BÀI 2: CÁC THÀNH PHẦN DUNG TÍCH VÀ TẢI TRỌNG TÀU

T: Mớn nước tính toán tại giữa tàu

N 1 : Số hành khách trong những phòng không quá 8 giường

N 2 : Số hành khách khác

Tổng N1 + N2 bằng tổng số khách được phép chở trên tàu như đã ghi trong giấy chứngnhận tàu chở khách nhưng nếu tổng này nhỏ hơn 13 thì lấy bằng 0 NT không được nhỏhơn 0,30GT

2.2 Các thành phần trọng tải tàu

- Lượng chiếm nước (Displacement): Là trọng lượng toàn bộ con tàu và bằng với trọng

lượng của khối nước bị tàu choáng chỗ (occupy) ở mớn nước tương ứng

- Lượng chiếm nước tàu không (Linght Displacement): Là trọng lượng của con tàu ở

trạng thái tàu không, là tráng thái mà một con tàu hoàn chỉnh tất cả các khía cạnh về đóng

mới, nhưng chưa có nhiên liệu, các thiết bị dự trữ, hàng hóa, thủy thủ đoàn và các vật dụngmang theo của họ, không có bất kỳ chất lỏng nào trên tàu ngoại trừ dầu, dầu thủy lực, dầubôi trơn cho máy móc và trong đường ống ở mức hoạt động.

- Trọng tải tổng cộng (Deadweight): Là trọng lượng lớn nhất mà tàu được phép chở (bao

gồm cả hàng hóa và dự trữ, nhiên liệu, nước ngọt) ứng với dấu chuyên chở mùa hè trongvùng nước mặn (summer zone).Tổng quát trọng tải của tàu có thể được diễn đạt như sau:

Deadweight = Full loaded Dispplacement – Light Displacement

- Lượng hàng hóa chuyên chở: Với tàu hàng, khi biết trọng tải tổng cộng (Deadweight) thì

ta có thể ước lượng được tổng khối lượng của hàng hóa mà tàu có thể vận chuyển Tổngkhối lượng hàng hóa thực tế có thể vận chuyển được luôn nhỏ hơn giá trị của trọng tảitổng cộng và nó cũng không cố định cho mọi chuyến đi do phụ thuộc vào trọng lượng củanhiên liệu, nước ngọt và dự trữ có trên tàu (Chi tiết xem biên bản tính toán mớn làm phụhọa)

2.3 Tra dung tích và tải trọng từ hồ sơ tàu

Để tra dung tích và tải trọng tàu với một lượng chiếm nước của tàu nhất định thông quamớn nước, người ta xây dựng bảng thủy tĩnh với các thông tính toán trong quá trình đóngmới, cải hoán tàu

- Density = 1.025: Bảng thủy tĩnh lập trên cở sở tỉ trọng nước 1.025

- Draft: Mớn nước của tàu tính từ mép ngoài của tấm ki tàu Có thể gọi là external draft

- Displacement: Lượng chiếm nước của tàu tương ứng với giá trị mớn

- T.P.C: Số tấn làm tàu thay đổi 1cm chiều chìm

- M.T.C: Mô men làm thay đổi 1 cm hiệu số mớn nước

- LCF (xF): Hoành độ trọng tâm mặt phẳng đường nước Thường thì lấy giữa tàu(admidship) làm gốc tọa độ

- LCB(xB): Hoành độ tâm nổi của phần thể tích chìm dưới nước Tọa độ này được tính toánvới giả thiết là tàu ở tư thế cân bằng mũi lái

- KB: Cao độ tâm nổi của phần thể tích chìm dưới nước, được tính từ ki tàu

- KG: Cao độ trọng tâm tính từ đường cơ sở

- T.KM: Chiều cao tâm nghiêng ngang của tàu

Ghi chú:

- Khi lấy các giá trị tọa độ theo chiều dọc tàu xF, xB, thì cần xác định xem gốc tọa độ vàchiều dương quy ước trong bảng thủy tĩnh như thế nào Khi tính toán nên đưa xF, xB, xG

về cùng một gốc tọa độ và chiều dương quy ước

- Một số bảng thủy tĩnh được lập theo hệ truyền thống Anh thì đơn vị của mớn nước sẽ làfeet và inch sẽ là TPI và MTC sẽ là MTI

BÀI 3: HỒ SƠ ỔN ĐỊNH TÀU 3.1 Các ký hiệu trong hồ sơ ổn định tàu

- Density = 1.025: Bảng thủy tĩnh lập trên cở sở tỉ trọng nước 1.025

- Draft: Mớn nước của tàu tính từ mép ngoài của tấm ki tàu Có thể gọi là external draft

- Displacement: Lượng chiếm nước của tàu tương ứng với giá trị mớn

- T.P.C: Số tấn làm tàu thay đổi 1cm chiều chìm

- M.T.C: Mô men làm thay đổi 1 cm hiệu số mớn nước

- LCF (xF): Hoành độ trọng tâm mặt phẳng đường nước Thường thì lấy giữa tàu(admidship) làm gốc tọa độ

- LCB (xB): Hoành độ tâm nổi của phần thể tích chìm dưới nước Tọa độ này được tínhtoán với giả thiết là tàu ở tư thế cân bằng mũi lái

- KB: Cao độ tâm nổi của phần thể tích chìm dưới nước, được tính từ ki tàu

- KG: Cao độ trọng tâm tính từ đường cơ sở

- T.KM: Chiều cao tâm nghiêng ngang của tàu

Ghi chú:

- Khi lấy các giá trị tọa độ theo chiều dọc tàu xF, xB, thì cần xác định xem gốc tọa độ vàchiều dương quy ước trong bảng thủy tĩnh như thế nào Khi tính toán nên đưa xF, xB, xG

về cùng một gốc tọa độ và chiều dương quy ước

Một số bảng thủy tĩnh được lập theo hệ truyền thống Anh thì đơn vị của mớn nước sẽ làfeet và inch sẽ là TPI và MTC sẽ là MTI

Hình 3.1: Hồ sơ ổn định tàu

3.2 Bảng thủy tĩnh (Hydrotable static)

Để có được các giá trị thủy tĩnh phục vụ cho tính toán ổn định tàu sỹ quan thuyền vên cầntra các đối số và nội suy các giá trị ta được các giá trị cần tra

Hình 3.2: Mô tả các giá trị thủy tĩnh

3.3 Bảng đường cong hoành giao

Từ đồ thị họ đường cong hoành giao GZ, KN có đối số là Displacement Giá trị KN ứngvới các góc nghiêng ngang khác nhau trong bảng Cross Table đối số là Displacement

Hình 3.3: Đồ thị họ đường cong hoành giao GZ

3.4 Bảng và thước hiệu chỉnh mớn nước

Giới thiệu hồ sơ thủy tĩnh tàu:

Hình 3.4: Bảng thủy tĩnh

3.5 Bảng dung tích các két

Giới thiệu sổ dung tích các két

Hình 3.5: Bảng dung tích các két

BÀI 4: KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH TÀU 4.1 Khái niệm về ổn định tàu

Theo định luật Acsimet, khi con tàu nổi trên mặt nước nó chịu các dụng một lực đẩy thẳngđứng từ dưới lên Lực đẩy FB này có điểm đặt tại đúng tâm hình học của phần thể tíchnước mà tàu chiếm chỗ; có độ lớn đúng bằng trọng lượng phần thể tích nước bị chiếm chỗnày

Bản thân con tàu chịu tác dụng của trọng trường trái đất, lực đó kéo xuống theo chiềuthẳng đứng bằng đúng trọng lượng của con tàu Để tàu nổi cân bằng, hai lực này phải bằng

nhau về độ lớn và nằm trên cùng một đường thẳng đứng (Hình 1.1) Điều kiện nổi của tàu

được thể hiện qua công thức:

B = - (1.1)

Hình 4.1 Điều kiện nổi cân bằng của tàu

Đó chính là nguyên nhân tại sao lượng dãn nước D của tàu lại được định nghĩa bằng trọnglượng phần thể tích nước mà tàu chiếm chỗ

Giả sử ta đặt thêm một vật nặng lên tàu, trọng lực P tăng lên, kéo cho tàu chìm thêmxuống Khi tàu chìm thêm xuống, phần thể tích chiếm nước của tàu tăng lên dẫn đến lựcđẩy Acsimet Fbtăng lên Tàu sẽ chìm thêm cho đến khi lực nổi Fb bằng với trọng lực P thìngừng lại và cân bằng tại độ chìm mới này

Tương tự như vậy, khi dỡ bỏ khối hàng nói trên khỏi tàu, ban đầu lực nổi Fblớn hơn trọnglực P nên kéo tàu nổi lên Khi tàu nổi lên, phần chiếm nước của tàu giảm đi dẫn đến lực

nổi Fb giảm theo Tàu sẽ nổi lên cho đến khi lực nổi Fbcòn bằng đúng trọng lượng của tàusau khi dỡ bỏ khối hàng và tàu cân bằng ở mớn nước mới này.

Đó chính là cơ chế để con tàu có thể tự nổi cân bằng khi trọng lượng hàng hoá mà nóchuyên chở thay đổi

Ổn định của tàu là khả năng quay trở về vị trí cân bằng ban đầu sau khi ngoại lực gây nghiêng bên ngoài (gió, sóng ) ngừng tác động.

Khi tàu đang nổi ở trạng thái cân bằng trên mặt nước, khi đó trọng tâm G của tàu và tâmnổi B luôn nằm trên một đường thẳng đứng Lúc đó trọng lực P ( có điểm đặt tại trọng tâm

G của tàu, có hướng xuống dưới) và lực nổi Fb ( có điểm đặt tại tâm nổi B, có hướng lêntrên) luôn cân bằng và triệt tiêu lẫn nhau (do cùng độ lớn và ngược chiều), hai lực nàykhông sinh ra Moment Giả sử khi tàu đang cân bằng, có một ngoại lực tác động vào mộtbên mạn tàu, làm cho tàu bị nghiêng về mạn bên kia, khi đó tâm nổi B sẽ dịch chuyển vềphía mạn bị nghiêng (do phần ngâm nước ở mạn này sẽ lớn hơn), điểm G và điểm Bkhông còn nằm trên một đường thẳng đứng nữa Cặp lực P và Fb lúc này sẽ sinh ra mộtMoment có xu hướng đưa tàu trở về vị trí cân bằng

ban đầu (trước khi có ngoại lực tác động) Chính vì thế ta gọi Moment này gọi là Momenthồi phục, nó sẽ có chiều ngược với chiều của ngoại lực

Như vậy ổn định của tàu sẽ được đánh giá bằng khả năng trở về trí cân bằng ban đầu, saukhi có ngoại lực tác động ngừng tác động, hay nói cách khác nó sẽ được đánh giá bằng độlớn của Moment hồi phục (Mhp)

Mặt khác ta biết rằng :

Moment = Lực * cánh tay đòn

Lực mà ta đang nói đến là lực tĩnh, nghĩa là nó có độ lớn xác định (là hằng số) và tác độngtức thời vào tàu rồi ngừng hoặc thời gian giữa hai lần tác động lớn hơn khoảng thời gian

mà tàu có thể trở về vị trí cân bằng ban đầu

Ở đây cánh tay đòn là khoảng cách giữa 2 lực P và Fb, chính là đoạn thẳng GZ

Hình 4.2 Moment hồi phục của tàu

4.2 Các trạng thái cân bằng tàu

Có thể có sự nhận thức khác nhau về thuật ngữ “ Động- ổn định động ” và “Tĩnh - Ổn địnhtĩnh” trong việc nghiên cứu ổn định tàu

 Ngoại lực tĩnh: Ở đây muốn thể hiện rằng ngoại lực tác động vào tàu có cường độ vàphương 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 lực này mộtcách điều với giá trị hồi phục tương ứng- và chỉ cần “quan hệ lực” là giải quyết thấu đáovấn đề Có thể nói cách khác: “Tĩnh” muốn nói đến một vật thể nào đó bị tác động củangoại lực, thì ngay lập tức vật thể đó sẽ hấp thụ hết năng lượng tác dụng đó

 Ngoại lực động: Ở đây muốn thể hiện ngoại lực tác động vào tàu có cường độ và phươngtác 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 bấtngờ - và nếu chỉ có dùng quan hệ lực và phản lực thì không giải quyết thấu đáo được Cóthể nói cách khác: “Động” muốn nói đến một vật thể nào đó bị tác động của ngoại lực, thìvật thể đó sẽ hấp thụ năng lượng tác dụng đó dần dần

4.3 Ảnh hưởng của ổn định đến tàu

Ổn định tàu là khả năng phục hồi trở về vị trí ban đầu khi có ngoại lực tác động gâynghiêng Tính ổn định tàu có ảnh hưởng rất lớn đến tuyến hành trình, chất xếp hàng hóa

Một số yếu tố ảnh hưởng tới ổn định tàu như

- Ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng: Chất lỏng chứa trong các két trên tàu, khi tàu nghiêngchất lỏng sẽ dịch chuyển theo chiều nghiêng của tàu, trọng tâm của khối chất lỏng đó sẽdịch chuyển về phía mạn thấp g1tới g2 dẫn đến trọng tâm của cả tàu cũng dịch chuyển từ Gtới G1như diễn tả

- Yếu tố chiều rộng tàu ảnh hưởng tới KM:

Tàu có chiều ngang rộng hơn thì KM sẽ lớn hơn và sẽ ổn định hơn và sẽ ổn định hơn Thậtvậy, ta xét hai tàu có chiều rộng khác nhau (về kích thước chiều rộng) cùng nghiêng đồngtrục như hình vẽ Đối với tàu có có bề ngang (chiều rộng) nhỏ hơn thì nêm nước được dịchchuyển từ mạn cao xuống mạn thấp b1b’1 làm cho tâm nổi B dịch chuyển xuống B1và tâmnghiêng ngang của tàu là M1

Xét 2 tàu có cùng đặc điểm, có bề rộng, mớn nước và KG không đổi như hình vẽ Với haitàu có mạn khô khác nhau, được nổi và cân bằng cùng một mớn nước Khi hai tàu cùngnghiêng tới góc ngập nước mép boong của tàu 1 thì đường cong cánh tay đòn GZ của haitàu trùng khít nhau Hai tàu tiếp tục nghiêng với những góc nghiêng lớn hơn góc ngậpnước mép boong tàu 1 thì thấy rằng giá trị của GZ của tàu 2 lớn hơn dẫn đến đường cong

GZ của tàu 2 tiếp tục dâng lên Đây là kết quả gia tang diện tích mặt đường nước của tàu 2khi góc nghiêng vượt quá góc ngập nước mép boong của tàu 1

Hình 4.4: Gia tăng mớn khô ảnh hưởng tới GZ

- Yếu tố gia tăng mớn nước ảnh hưởng tới KM

Cùng một con tàu mớn nước tăng thì giá trị KM giảm đi

Thật vậy, ta xét cùng một con tàu khi ở trạng thái tải trọng khác nhau, mớn nước khácnhau như hình vẽ

Xét công thức, BB1=

Ta thấy rằng, ở mớn nước lớn hơn, thể tích phần chìm dưới nước của thân tàu sẽ lớn hơn,nên BB2sẽ nhỏ hơn và kéo theo KM nhỏ hơn

Hình 4.5: Mớn nước thay khiến KM thay đổi theo

- Nghiêng nội “list” ảnh hưởng tới hình dáng của đường cong GZ

Giả sử do phân bổ hàng hóa làm cho trọng tâm của tàu dịch chuyển khỏi mặt phẳng trụcdọc tàu nên bị nghiêng tới một góc nào đó, gọi là góc nghiêng nội (list) Các ký hiệuđược thể hiện trên hình vẽ Từ hình vẽ ta thấy rằng khi tàu bị nghiêng nội thì cánh tay đòn

Hình 4.6: Nghiêng nội ảnh hưởng đến đường cong GZ

BÀI 5: ỔN ĐỊNH GÓC NGHIÊNG NHỎ 5.1 Khái niệm ổn định góc nghiêng nhỏ

Do kích thước theo chiều ngang của tàu nhỏ hơn nhiều so với chiều dọc tàu nên ổn địnhnghiên ngang thường ảnh hưởng nhiều đến an toàn của tàu hơn là ổn định dọc (vì ổn địnhdọc của tàu thường có giá trị rất lớn) Người ta tính toán ổn định dọc chủ yếu để xác định

tư thế tàu theo chiều dọc tức là sự chênh lệch mớn nước mũi lái (hay độ chúi) và cách điềuchỉnh chúng để đảm bản tính ăn lái hay giữ tốc độ của tàu trên biển hơn là xác định xem

kỹ từng giá trị của một và mối quan hệ giữa chúng

(Ở giai đoạn đầu của quá trình nghiêng tàu, với tàu có thể tích phần chìm không đổi V, tại góc nghiêng nhỏ điểm M giao nhau)

5.2 Cách tính chiều cao thế vững của tàu

Khi tàu ở trạng thái cân bằng hai mạn thì các điểm M, G, B cùng nằm trên mặt phẳng trụcdọc của tàu Khi ta tiến hành dịch chuyển khối hàng đang ở trên tàu theo phương ngang,thì khi đó trọng tâm G sẽ dịch chuyển tới G1 và tàu sẽ nghiêng về phía khối hàng dịchchuyển tới, trường hợp này sinh ra góc nghiêng nhỏ

Hình 5.1: Sự dịch chuyển hàng theo phương ngang

w: Khối lượng hàng dịch chuyển

Disp: Lượng chiếm nước của tàu

GM là chiều cao tâm nghiêng ngang ban đầu của tàu và được coi là cố định khi tàu

nghiêng với góc nghiêng nhỏ

Với góc nghiêng nhỏ thì các đường thẳng đứng qua tâm nổi B được coi là sẽ giao nhau tại một điểm M Tất nhiên, ở góc nghiêng lơn thì các đường thẳng đứng qua tâm nổi B cũng cắt nhau khi tàu nghiêng Tuy nhiên, giao điểm này thay đổi theo từng góc nghiêng và

không được coi là “M” với ý nghĩa chuyên môn mà các tiêu chuẩn ổn định tàu đề cập Với tư thế tàu đứng yên các điểm M, G, B, K thẳng hàng, ta có công thức sau:

V: Thể tích phần chìm dưới nước của thân tàu

A: Diện tích mặt phẳng đường nước

Ổn định tĩnh ban đầu chính là giá trị ổn định tĩnh ở các góc nghiêng nhỏ Ở góc nghiêng nhỏ, vị trí tâm nghiêng ngang M được coi là không thay đổi Như vậy, tam giác vuông ZGM xác lập, nên ta có công thức tính cánh tay đòn ổn định GZ như sau:

GZ = GM x sin φ

Qua công thức này ta thấy rằng, thay vì thể hiện giá trị ổn định tàu bằng GZ thì ta có thể thể hiện bằng GM cho trường hợp tàu nghiêng với các góc nghiêng nhỏ Giá trị GM có cái tên là chiều cao tâm nghiêng Ở trạng hái cân bằng ban đầu, dễ dàng chứng minh công thức:

KM = KG + GM

Dễ dàng xác định được KG theo công thức trên Giá trị KM được tra từ bảng thủy tĩnh nên tính được giá trị GM.

Bổ sung:

- Trọng tâm tàu (Center of gravity -G): Là một điểm đặt hợp của tất cả các thành phần

trọng lượng trên tàu Như vậy, về cơ bản thì trọng tâm G của tàu được coi là cố định trong trường hợp tàu lắc mà các thành phần trọng lượng trên tàu không bị dịch chuyển.

Để xác định vị trí của trọng tâm tàu với mặt cơ bản ta có khái niệm cao độ trọng tâm và lấy ký hiệu là KG, K chính là điểm thuộc ki tàu.

Các thành phần trọng lượng trên tàu có thể thay đổi vị trí như dịch chuyển hang, bơm chuyển két, cẩu hang… dẫn đến tọa độ trọng tâm của tàu cũng thay đổi theo Sự thay đổi này được tính toán rất đơn giản bằng quy tắc hợp lực của vật rắn.

Ta có công thức xác định tọa độ của trọng tâ tàu khi có sự dịch chuyển khối lượng thành phần trên tàu

z = và z =

Trong đó:

D: Là lượng chiếm nước cảu tàu

w 1 : Thành phần khối lượng dịch chuyển

z: Khoảng khách dịch chuyển G theo phương thẳng đứng z

y: Khoảng cách dịch chuyển G theo phương ngang y

Ở trạng thái tàu không, chúng ta có được trọng lượng tàu không và tọa độ trọng tâm tàu ở trạng thái tàu không (D 0 ; KG 0 ).

Sau khi phân bố các thành phần trọng lượng lên tàu; như xếp hàng ở các vị trí khác nhau, bơm nước dằn, bơm nhiên liệu… thì tọa độ trọng tâm tàu sẽ thay đổi Sự thay đổi này hoàn toàn xác định được (D; KG) bởi lẽ vị trí và trọng lượng của các thành phần trọng lượng (w i ; KG i ) đã được biết.

zG = KG = t t t t

KG: Cao độ trọng tâm G

KG 0 : Cao độ trọng tâm tàu không

KG i : Cao độ trọng tâm của thành phần trọng lượng thứ i

D 0 : Trọng lượng tàu không

Tâm nổi (Center of buoyance -B) của tàu chính là tâm hình học của phần thể tích than

tàu ngập trong nước ở các điều kiện tải nhất định và nó là điểm đặc biệt của lực nổi của tàu.

Khác với trọng tâm G của tàu, tâm nổi B thay đổi vị trí khi tàu dao động do hình dáng phần chìm thay đổi Khi tàu nghiêng phải thì tâm nổi B sẽ dịch chuyển qua bên mạn phải

và ngược lại.

- Tâm nghiêng ngang M

Tâm nghiêng ngang M (Transverse metacentre) có thcoslaf do sự thay đổi vị trí của tâm

nổi B khi tàu nghiêng với góc nghiêng nhỏ Có thể nói tâm nghiêng ngang M là giao điểm của hai đường thẳng đứng, một đường đi qua tâm nổi ứng với trạng thái cân bằng ban đầu (mặt phẳng trục dọc tàu), còn đường kia đi qua tâm nổi khi tàu nghiêng tới góc nghiêng ngang nhỏ kế tiếp.

Hình 6.1: Ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng đến ổn định tàu

Ta thấy rằng G1 dịch chuyển về gần giá trị của lực nổi ở tư thế mới hơn so với G Nghĩa làkhoảng cách cánh tay đòn GZ sẽ giảm xuống còn giá trị G1Z1

có chiều ngang là b và chiều dài L, G1 chính là trọng tâm của tàu khi nó chịu sự ảnh hưởngcủa sự dịch chuyển chất lỏng trong két.

GGv x φ = 香 香

=> GGv= 香

香Nêm nước được tạo ra do chất lỏng dịch chuyển trong một két thì thể tích nêm đó đượctính như sau:

=> Mô men của thể tích nêm nước trong két so với trục dọc két là:

Mxy(v)= ( ) x

= φ x L x = φ x IxVới lx= L x là mô men quán tính của mặt thoáng chất lỏng trong các két đang được xét.Mặt khác mô men do sự dịch chuyển của thể tích nêm nước từ g1tới g2là

GG v chính là lượng giảm ổn định tàu do ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng trong két chở

vơi trên tàu

6.2 Sử dụng bảng, biểu để tính ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng

Trích bảng biểu thể tích két FPTK (P) tàu Hanjin Rostock

Sounding

(m)

Volume (m 3 )

Center of Gravity from Inertia Moment

thoáng dầu trong két biết rằng KM cho trường hợp này là 8,8m

GGv= h:hhh hthh: hh = 0,856 m

6.3 Phương pháp làm giảm ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng

Từ công thức tính GGvta thấy rằng nếu bề rộng của két chất lỏng là yếu tố ảnh hưởng rõnét tới hiện tượng suy giảm ổn định tàu do ảnh hưởng của mặt thoáng Để hạn chế ảnhhưởng này cho các tàu vận chuyển dầu thì vách ngăn dọc thường được sử dụng

Đối với tàu biển thì giá trị mô men quán tính được tính sẵn và tích hợp trong các bảng tradung tích két

BÀI 7: CÁCH HIỆU CHỈNH CHIỀU CAO THẾ VỮNG 7.1 Ảnh hưởng của xếp dỡ hàng hóa tới chiều cao thế vững

Khi xếp dỡ hàng hóa trên tàu sẽ làm thay đổi trọng lượng tàu, mớn nước, trọng tâm vàthay đổi các đại lượng liên quan như:

Trong trường hợp, nhận thêm hàng hoặc bốc dỡ hàng khỏi tàu làm thay đổi lượng chiếmnước theo đó thay đổi chiều chìm tàu, thay đổi góc nghiêng ngang, nghiêng dọc…

Trường hợp trọng vật được đưa vào hoặc lấy ra tàu w không lớn hơn 10 – 15% so với lượng chiếm nước D của tàu,

7.2 Hiệu chỉnh chiều cao thế vững bằng dịch chuyển hàng

Để hiệu chỉnh chiều cao thế vững bằng cách dịch chuyển hàng, ta có thể tính các thay đổinhư sau:

Trường hợp đơn giản là khi đưa w lên tàu nằm tại vị trí P tại đường tâm dọc tàu, trên vị trí

trọng tâm G của tàu, cách đường cơ bản một đoạn KP Trường hơp này không gây ranghieng ngang và nghiêng dọc

- Thay đổi chiều chìm:

+ B’: Vị trí tâm nổi mới;

+ G’: Vị trí trọng tâm sau khi nhận hàng;

+ P: Điểm nhận hàng trên tàu;

+ C: Vị trí giữa của độ thay đổi chiều chìm;

Bán kính tâm nghiêng thay đổi theo lượng tương ứng với thay đổi chiều chìm:

BM’T= BM – t

Từ đó xác định chiều cao tâm nghiêng:

=> G’M’ = GM+ 香tThay đổi GMLđược tính theo công thức:

Khi xếp dỡ hàng, có thể coi là trường hợp nhận hàng thêm hàng mang giá trị âm Các công

thức được giữ như trên, trong đó thay vì w phải sử dụng -w.

Trường hợp tổng quát, trọng vật w được đặt tại vị trí P , tọa độ của P là (X, Y, Z), các

công thức vừa trình bầy sẽ có dạng sau:

- Thay đổi chiều chìm:

Tg θ = t香 tGóc chúi dọc:

Tg ψ = 香tChiều chìm tàu tại mũi và lại:

T’m= Tm+ɣ + ( - ) 香tT’l= Tl+ɣ + ( - ) 香t

Ví dụ:

Tàu chở hàng có kích thước chính như sau L =132 m; D = 4.800 t, Tm = 4,6m; Tl=4,9m;diện tích đường nước Aw=1260m2; chiều cao tâm nghiêng GM=0,8m, GML=142m; tâmđường nước cách mặt giữa tàu a = 2,6m (xF-LCF) Xác định ổn định và mớn nước khi tàu

nhận hàng w =260 tấn, lên vị trí X=20m; Y=1,5m; Z=7,8m trên tàu

Lời giải:

Sau khi tàu nhận hàng tình trạng tàu như sau:

Mớn nước trung bình:

Ttbml= . t胦Trong đó tỉ trọng nước biển Density = 1.025 tấn/m3,và Aw= 1260m2

7.3 Hiệu chỉnh chiều cao thế vững bằng điều chỉnh ballast

Trên các tàu đều bố trí các két chứa chất lỏng (két nước dằn ballst, két nước ngọt, kétdầu nhiên liệu…) Các chất lỏng này gây mất ổn định của tàu khi tàu bị lắc ngang, dọc Cácloại hàng hóa thể rắn thì trọng tâm so với tàu không thay đổi trong quá trình tàu hoạt động,ngoại trừ dịch chuyên, xếp dỡ Còn đối với chất lỏng chứa không đầy các két, mặt thoáng luôngiữ vị trí song song với mặt thoáng tự do của môi trường bên ngoài, do vậy diện tích mặtthoáng chất lỏng trong két bị thay đổi khi tàu nghiêng kéo theo khi vách các két cùng nghiêngtheo Tuy thể tích chất lỏng không đổi trong thời điểm xét song vị trí trọng tâm khối chất lỏngnày luôn luôn biến thiên theo nhịp nghiêng của tàu

Ta đã có công thức xác định lượng giảm ổn định tàu do ảnh hưởng của mặt thoáng chấtlỏng (GGv) trong két chở vơi trên tàu

Từ công thức ta thấy rõ rằng, yếu tố ảnh hưởng tới lượng suy giảm ổn định tàu do ảnh hưởngmặt thoáng chất lỏng chính là chiều rộng của két chất lỏng Để ảnh hạn chế ảnh hưởng củachiều rộng két người ta thiết kế các vách dọc Giả sử nếu một két được chia ra làm (n) lần váchngăn dọc thì mô men quán tính (Ix) sẽ giảm sẽ giảm đi n3 lần và lượng “mất” ổn định cũng sẽgiảm đi n3lần

BÀI 8: KIỂM TRA CHIỀU CAO THẾ VỮNG 8.1 Kiểm tra chiều cao thế vững thông qua chu kỳ lắc

Có thể kiểm tra chiều cao thế vững của tàu thông qua chu kỳ lắc bằng công thức kinhnghiệm sau:

GM =Trong đó:

+ T: Chu kỳ lắc ngang tính bằng giây;

+ B: Chiều rộng của tàu;

Trích bảng: Rolling Period Table

T= tht香t ; GOM= t th ; C=0,373+0,023(B/d)-0,043(L/100); L: Water Line Leght (m)

Đối số tra ở bảng này là chu kỳ lắc và mớn nước của tàu sẽ tra được giá trị GOM bảng Sau

đó sẽ nhân với giá trị này với hệ số thực nghiệm đã tính sẵn cho tàu này là 0,573, ta sẽđược GOM thực tế

8.2 Kiểm tra chiều cao thế vững tàu bằng góc nghiêng ngang thông qua bơm chuyển ballast

(Trình bầy kỹ ở bài trước)

8.3.Kiểm tra chiều cao thế vững tàu bằng góc nghiêng ngang thông qua dịch chuyển hàng hóa

(Trình bầy kỹ ở bài trước)

Giả sử ta dịch chuyển một khối hàng đang ở trên tàu theo phương ngang Khi đó trongtâm tàu sẽ dịch chuyển tới G1và tàu sẽ nghiêng về phía khối hàng dịch chuyển tới

Với trường hợp góc nghiêng nhỏ:

- Mô men sinh ra khi dịch chuyển khối hàng w một đoan a sẽ là:

List = GMG1= arctan ( 쳌䁙 香t)Cũng từ góc nghiêng nhỏ nên ta có tang (list) ~ sin(list) ~ list

 List = 쳌䁙 香t胦hTrong đó:

- a : Khoảng cách dịch chuyển hàng theo phương ngang

- w: Khối lượng hàng được dịch chuyển

- Disp: Lượng chiếm nước của tàu

- GM trong công thức trên là chiều cao tâm nghiêng ngang ban đầu của tàu và được coi là

cố định khi tàu nghiêng với góc nghiêng nhỏ