Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này nêu lên sự ảnh hưởng của mặt thoáng tự do của các két chứa chất lỏng không đầy trên tàu đến tính ổn định tàu và cách xác định sự ảnh hưởng này dựa trên hồ sơ của tàu.
ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT THOÁNG TỰ DO CHẤT LỎNG TRONG CÁC KÉT CHỨA KHÔNG ĐẦY ĐẾN ỔN ĐỊNH TÀU EFECTS OF FREE SURFACE OF LIQUID IN PARTLY-FILLED TANKS ON SHIP’S STABILITY ĐINH XUÂN MẠNH Khoa Hàng hải, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: dxmanh@vimaru.edu.vn Tóm tắt Tàu biển có nhiều tính năng, chẳng hạn tính ổn định, tính chống chìm, tính ăn lái, tính tốc độ, Trong tính này, tính ổn định tính quan trọng tàu Việc trì tính ổn định phù hợp cho tàu nhiệm vụ vô quan trọng đội ngũ sỹ quan, thuyền viên tàu Khi hành trình biển, có nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến tính ổn định tàu Bài báo nêu lên ảnh hưởng mặt thoáng tự két chứa chất lỏng khơng đầy tàu đến tính ổn định tàu cách xác định ảnh hưởng dựa hồ sơ tàu Từ khóa: Tính ổn định, mặt thống tự chất lỏng, két, trọng tâm tàu, trọng tâm khối chất lỏng, chiều cao tâm nghiêng ngang, chiều cao vững tàu, mơ men qn tính Abstract: There are many characteristics attached to a ship, such as stability characteristic, watertight characteristic, steer characteristic etc Among the above-mentioned ship’s characteristics, the stability characteristic is the most important characteristic To maintain proper ship’s stability characteristic is a very important task of the ship’s officers and crew on board While at sea, there are many thing that affect to ship’s stability The effects of free surface of liquid in partly-filled tanks on ship’s stability and calculation of the effects of free surface based on ship’s stability booklet will be given in this article Keywords: Stability, Free surface, Tanks, Center of gravity, Center of gravity of liquid, Transverse metacenter height from base line,Transverse metacentric height, moment of inertia Đặt vấn đề Việc đảm bảo cho tàu an toàn khai thác vấn đề quan tâm hàng đầu nhà khai thác tàu đội ngũ thuyền viên Đảm bảo an toàn cho tàu khơng đơn an tồn mặt kỹ thuật mà vận hành tàu Một tàu dù trang bị kỹ thuật tốt hoạt động người vận hành khơng trì thích hợp tính tàu tàu khơng an tồn nhiều tai nạn xảy Rất nhiều hoạt động khai thác tàu gây ảnh hưởng an tồn cho tàu, ví dụ như: cơng tác xếp/dỡ hàng hóa, nhận xả nước dằn tàu,… Các hoạt động làm ảnh hưởng xấu đến tính tàu tính ổn định, tính tốc độ, tính ăn lái, tính chống chìm,… Trong tính này, tính ổn định tàu tính quan trọng khơng đảm bảo Tính ổn định tàu hồn tồn phụ thuộc vào trình độ sỹ quan, thuyền viên Trước chuyến đi, tính ổn định tàu cảng khởi hành cảng đến phải tính tốn, điều chỉnh để đảm bảo tàu đủ khả biển Tuy nhiên, ổn định tàu bị ảnh hưởng tác động số yếu tố sóng, gió, dịch chuyển hàng hóa khối chất lỏng két chứa không đầy Trong yếu tố này, ảnh hưởng mặt thoáng tự két chứa chất lỏng không đầy đến ổn định tàu thường xuyên xảy chuyến Điều đòi hỏi sỹ quan, thun viên tàu phải tính tốn trước ảnh hưởng để chắn ổn định tàu đảm bảo suốt thời gian chuyến Ảnh hưởng mặt thoáng tự chất lỏng két không đầy đến ổn định tàu 2.1 Mô men hồi phục chiều cao vững tàu (GM) Tính ổn định tàu cho đảm bảo, trước hành trình biển, phải thoả mãn tiêu chuẩn theo quy định Bộ luật Quốc tế ổn định nguyên vẹn, 2008 (International Code on Intact Stability, 2008 - IS code) Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) (có hiệu lực từ 1/7/2010) Các tiêu chuẩn đưa Bộ luật gồm quy định diện tích nằm cánh tay đòn ổn định tĩnh tính đến góc nghiêng 30 0, 400, 300-400; độ lớn cánh tay đòn ổn định tĩnh (GZ) góc nghiêng 300; góc nghiêng tương ứng với giá trị cực đại GZ độ lớn tối thiểu chiều cao vững (GM) Liên quan đến GM, Bộ luật quy định độ lớn GM, sau hiệu chỉnh ảnh hưởng mặt thống tự chất lỏng, tối thiểu phải khơng nhỏ nhơn 0,15m Do vậy, kiểm tra, tính tốn ổn định tàu, thuyền trưởng/đại phó phải tính trước ảnh hưởng mặt thống Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 85 két chứa chất lỏng không đầy tàu đến ổn định tàu so sánh với tiêu chuẩn IS Code 2008 [8] Như ta biết, tàu cân mặt nước, toàn tàu tác dụng xuống nước lực gọi trọng lực (D) có điểm đặt trọng tâm tàu (G) ngược lại nước tác dụng lên tàu lực gọi lực (Fb) có điểm đặt tâm tàu (B) Hai lực độ lớn có phương tác dụng ngược chiều [1, 70-74] Giả sử toàn tàu khối thống (các két chứa chất lỏng tàu đầy trống) Khi tàu bị ngoại lực tác dụng nghiêng góc (), tâm B khơng nằm mặt phẳng trục dọc tàu mà di chuyển đến tâm hình học khối nước mà tàu chiếm chỗ, trọng tâm G tàu khơng đổi Khi cặp lực trọng lượng (D) lực (Fb) tạo thành mô men (gọi mô men hồi phục (Mhp) đưa tàu trở vị trí cân ban đầu (Hình 1) Hình Mơ men hồi phục Mơ men sinh cặp lực D (lực trọng lượng) Fb (lực nổi) gọi mơ men hồi phục có độ lớn tính sau: Mhp = D x GM x Sinθ (1) Trong đó: D lượng giãn nước tàu Từ công thức ta thấy, với lượng giãn nước D, góc nghiêng θ, độ lớn mô men hồi phục phụ thuộc vào độ lớn GM Tại góc nghiêng nhỏ, ổn định tàu đánh giá độ lớn GM GM gọi chiều cao vững tàu (Metacentric height) Ở góc nghiêng nhỏ, GM đặc trưng cho tính ổn định tàu Hình Chiều cao vững Từ Hình ta có: GM = KM - KG (2) Trong đó: KM: Độ cao tâm nghiêng ngang tính từ ky tàu; KG: Độ cao trọng tâm tàu tính từ ky tàu 2.2 Tính tốn ảnh hưởng mặt thoáng tự chất lỏng đến ổn định tàu Một két chất lỏng chứa đầy, tàu nghiêng khối chất lỏng khơng có dịch chuyển Về mặt ổn định mà nói khối chất lỏng coi khối hàng tĩnh có trọng tâm khối hàng trọng tâm két Như tàu bị nghiêng trọng tâm khối chất lỏng khơng di chuyển nên trọng tâm tồn tàu khơng dịch chuyển Xét két chứa chất lỏng không đầy, ban đầu trọng tâm khối chất lỏng nằm g, trọng tâm tàu G Khi tàu nghiêng mơt góc , khối chất lỏng dồn sang mạn thấp, trọng tâm g khối chất lỏng di chuyển sang vị trí g1 làm trọng tâm tàu dịch chuyển theo đến G1 theo hướng song song, chiều với gg1.[2, 47-48] (Hình 3) 86 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 Hình Ảnh hưởng mặt thống chất lỏng Qua Hình ta thấy trạng thái mô men hồi phục là: Mh = D × G1Z1 = D × GVZV = D × GVM × Sinθ (3) Qua ta thấy mặt thoáng tự chất lỏng làm giảm chiều cao vững tàu từ GM xuống GVM Vậy GGV lượng giảm chiều cao vững ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng két chứa không đầy Như tàu nghiêng, mặt thoáng tự chất lỏng két làm giảm ổn định tàu Do đó, trường hợp tàu có két chứa chất lỏng khơng đầy, chiều cao vững tàu khơng tính theo cơng thức (2) mà tính sau: GM = KM - KG - GGV (4) Trong GGV lượng giảm chiều cao vững ảnh hưởng mặt thoáng tự két chất lỏng khơng đầy, tính cơng thức [7]: GGV = Ix D (m) (5) Trong đó: - Ix mơ men qn tính mặt thống chất lỏng trục thân qua trọng tâm két, song song với trục dọc tàu; tính theo cơng thức sau [7]: Ix = l b3 (m4) K (6) Trong đó: l chiều dài két; b chiều rộng két; K hệ số phụ thuộc vào hình dáng két; K= 12 với két có tiết diện hình chữ nhật, K= 36 với két có tiết diện hình tam giác vng, K= 48 với két có tiết diện hình tam giác cân - tỷ trọng chất lỏng chứa két (t/m 3); Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 87 - D lượng giãn nước tàu (là tổng cộng khối lượng hàng hoá, dự trữ, số tàu khối lượng tàu khơng) Như vậy, tính tốn, kiểm tra ổn định tàu lập sơ đồ xế hàng, thuyền trưởng/đại phó phải tính trước ảnh hưởng mặt thống tự tất két có chứa chất lỏng tàu đến ổn định tàu Trong thực tế, để thuận tiện cho việc tính tốn GG v, tùy tàu, người ta tính trước số thành phần công thức (5) cho sẵn hồ sơ tàu Có dạng tính trước hồ sơ tàu sau: - Dạng thứ nhất: tính trước thành phần ”Ix” Do hình dạng kích thước tất két tàu biết trước nên ”Ix” két dễ dàng tính theo cơng thức (6) giá trị cho bảng sức chứa két (Tank Capacity) tương ứng với két chứa chất lỏng Từ giá trị ”I x” ta việc đưa giá trị tỷ trọng chất lỏng két vào cơng thức (5) tính GG v (Bảng 2.4) [6] két, sau tính tổng giá trị GG v két ta có giá trị GGv tồn tàu (giá trị ”Ix” thường lấy giá trị cự đại Chi tiết két cụ thể có giá trị ”I x” khác ứng với chiều cao chất lỏng két) Bảng Mơ men qn tính mặt thống chất lỏng KÉT (Compartment) FORE PEAK TANK (CR) No.1 Water Ballast Tank No.2 Water Ballast Tank No.3 Water Ballast Tank No.4 Water Ballast Tank No.1 Upper Wing Water Ballast Tank No.2 Upper Wing Water Ballast Tank No.2 Upper Wing Water Ballast Tank (C) (P&S) (P&S) (P&S) (P&S) (P&S) (P&S) (P&S) MƠ MEN QN TÍNH CỰC ĐẠI (Maximum Moment of Inertia) (I) in m4 3.891,2 x 4.340,8 x 17.740,9 x 10.442,1 x 3.475,2 x 1.329,6 x 1.473,6 x 1.470,2 - Dạng thứ 2: Do két tàu thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng, ví dụ két dùng để chứa nước ngọt, két chứa nước dằn tàu, két chứa dầu nhiên liệu, dầu diesel, nên người ta lấy giá trị trung bình tỷ trọng chất lỏng tương ứng với két chứa (VD: = 1.000kg/m3 với két chứa nước ngọt, = 1.025kg/m3 với két chứa nước dằn tàu, ) tính trước giá trị thành phần tử (Ix * ) công thức (5) két cho bảng sức chứa két (Bảng 2) Thành phần tử gọi mơ men mặt thống chất lỏng (Free surface moment - MFS) Khi ta việc tính ΣMFS két chứa chất lỏng chia cho lượng rẽ nước GG V Theo cách tính độ xác phương pháp tính dạng giá trị cho trước tỷ trọng chất lỏng nhiều không với giá trị thật chất lỏng két Bảng Mô men mặt thoáng chất lỏng CÁC KÉT DẦU NHIÊN LIỆU (Fuel Oil Tanks) Name of Tank and Frame Possition No F.O.T No F.O.T No F.O.T No F.O.T No F.O.T No F.O.T No F.O.T No F.O.T (P) (S) (P) (S) (P) (S) (PC) (SC) 152-166 152-166 137-152 137-152 123-152 123-152 119-152 119-152 98% ĐẦY (98% Full) TỶ TRỌNG (S.G = 0,944) Weight of Contents (t) V.C.G (m) L.C.G (m) 205 200 195 210 180 180 345 240 5,83 5,83 6,57 5,81 1,41 1,41 1,28 1,29 42,91 42,87 32,48 33,53 24,45 24,45 24,02 23,55 Max Free Surface Moment (t-m) 80 75 105 75 170 170 700 370 - Dạng thứ 3: Giá trị GGV tính sẵn cho két tương ứng với giá trị lượng giãn nước cho trước lập thành bảng (Bảng 2.6) [4] Như vậy, ứng với lượng giãn nước có tàu ta việc cộng tất giá trị GGv két chứa chất lỏng tương ứng cho bảng ta có giá trị GGv tồn tàu 88 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 Bảng Lượng giảm GM mặt thoáng tự chất lỏng LOSS OF GOM BY FREE SURFACE EFFECT (UNIT IN M) Lpp = 122,90 m Bm = 19,60 m Dm = 13,20 m TANK NAME FORE PEAK TANK DEEP TANK No.1 W.B.T (C) No.2 W.B.T (P/S) No.3 W.B.T (P) No.3 W.B.T (S) No.3 W.B.T (C) No.4 W.B.T (P/S) No.5 W.B.T (P/S) FRESH W.T (P/S) MAX I m4 119,7 443,9 4.878,7 1.881,3 256,3 265,9 1.250,0 1.508,3 636,3 24,0 MEAN DRAFT (m) & DISPALCEMENT (t) S.G t/m3 1,025 1,025 1,025 1,025 1,025 1,025 1,025 1,025 1,025 1,000 2,000 3.611 0,034 0,126 1,385 0,534 0,073 0,075 0,355 0,428 0,181 0,007 2,500 4.590 0,027 0,099 1,089 0,420 0,057 0,059 0,279 0,337 0,142 0,005 3,000 5.582 0,022 0,082 0,896 0,345 0,047 0,049 0,230 0,277 0,117 0,004 3,500 6.585 0,019 0,069 0,759 0,293 0,040 0,041 0,195 0,235 0,099 0,004 4,000 7.598 0,016 0,060 0,658 0,254 0,035 0,036 0,169 0,204 0,086 0,003 Lưu ý: Khi chứa chất lỏng két, điều kiện ta nên chứa đầy để giảm ảnh hưởng mặt thoáng đến ổn định tàu Tuy nhiên, để chắn ổn định tàu đảm bảo, dự trù cho trường hợp két chứa đầy có mặt thống chuyến đi, tính ảnh hưởng mặt thống chất lỏng ta nên tính két này, có khả két tiêu thụ trình hành trình Kết luận Trên tàu ln ln có két chứa chất lỏng, có két chứa khơng đầy, điều khơng tránh khỏi Thuyền trưởng/Đại phó cần nắm vững vấn đề để có tính tốn, bố trí hợp lý việc chứa chất lỏng két để giảm thiểu đến mức nhỏ ảnh hưởng mặt thoáng tự chất lỏng két đến tính ổn định tàu ảnh hưởng làm suy giảm tính ổn định tàu Khi tính tốn, kiểm tra ổn định tàu việc lập sơ đồ xếp hàng, suy giảm ổn định ảnh hưởng chứa chất lỏng khơng đầy phải tính đến phải chắn ổn định tàu phải thỏa mãn IS Code 2008 trước biển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Captain A.R Lester, Merchant Ship Stability, Butterworth & Co Ltd, 1986 [2] D.R Derret, Ships Stability for Master and Mates, 4th edition (revised), Oxford, Heinemann Professional Publishing, 1990 [3] W.E George, J La Dage and L Van Gemert, Stability and Trim for the Ship's Officer, 4th edition, Centreville, Maryland, Cornell Maritime Press, 2005 [4] Shin Kurushima Dockyard Co Ltd, MV GEMINI FOREST - Loading and Stability Information Booklet, 1998 [5] Imabari Shipbuilding Co., Ltd Imabari Shipyard, MV SANTA FRANCISCA - Stability Booklet with Loading Guidance, 2001 [6] Universal Shipbuilding Corporation, Maizuru Dockyard, MV CENTURY STAR - Trim & Stability Calculation, 2003 [7] Đinh Xuân Mạnh, Nguyễn Mạnh Cường, Phạm Văn Trường, Nguyễn Đại Hải, Xếp dỡ bảo quản hàng hoá tàu biển, Trường ĐHHH, 2005 [8] International Maritime Organisation, International Code on Intact Stability 2008, 2009 Edition Ngày nhận bài: 19/03/2019 Ngày nhận sửa: 08/04/2019 Ngày duyệt đăng: 16/04/2019 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 89 ... vững ảnh hưởng mặt thoáng chất lỏng két chứa không đầy Như tàu nghiêng, mặt thoáng tự chất lỏng két làm giảm ổn định tàu Do đó, trường hợp tàu có két chứa chất lỏng không đầy, chiều cao vững tàu. .. lý việc chứa chất lỏng két để giảm thiểu đến mức nhỏ ảnh hưởng mặt thoáng tự chất lỏng két đến tính ổn định tàu ảnh hưởng làm suy giảm tính ổn định tàu Khi tính tốn, kiểm tra ổn định tàu việc... Lưu ý: Khi chứa chất lỏng két, điều kiện ta nên chứa đầy để giảm ảnh hưởng mặt thoáng đến ổn định tàu Tuy nhiên, để chắn ổn định tàu đảm bảo, dự trù cho trường hợp két chứa đầy có mặt thống chuyến