Chuyên đề 4 tính chòng chành của tàu thủy

Chun đề 4: Tính chịng chành tàu thủy Các thành viên nhóm Chương 5: Tính chịng chành tàu thủy I.Các khai niệm bản, phân loại, thơng số chịng chành a) Các khái niệm chòng chành tàu thủy - Tàu điều kiện nước tĩnh phần thời gian khai thác biển Thời gian khai thác (gần 70%) không điều kiện nước tĩnh,cơ điêu kiện gió bão, tàu trì (giữ) có nhiều tính biển - Chòng chành - tổ hợp dạng chuyển động dao động khác tàu, mà có thê thực sóng biển nước tĩnh Cường độ dao động khơng phụ thuộc vào cường độ sóng, mà cịn phụ thuộc vào tính thân tàu - Chịng chành chuyển động tuần hồn có chu kỳ - Slamning – tượng va đập thẳng đứng mạnh vào mút mũi tàu chuyến động sóng tới, trường hợp trùng pha dao động mũi tàu sóng tới, từ dẫn đển áp suất thủy động tăng dội đáy tàu Slamming - tổ hợp vẩn đề tính hành hải độ bền thân tàu b) Các loại chịng chành - Vị trí tàu thời điểm (lệch khỏi vị trí cân bằng) mô tả sáu thông số không phụ thuộc vào tuơng ứng với sáu bậc tự Trong q trình tàu chịng chành, tất sáu đại lượng nói thay đổi theo thời gian Tàu chuyển động dao động, sáu thơng số phát sinh thay đổi, có tên gọi xác định tương ứng: +) Chòng chành tịnh tiến dọc (trong mặt phẳng nằm ngang) +)Chòng chành tịnh tiến ngang (trong mặt phẳng năm ngang) +)Chòng chành thẳng đng +)Chòng chành mạn +)Chịng chành sống +)Chịng chành đảo lái +)Chịng chành dọc +)Chịng chành ngang c) Các thơng số chịng chành - Các dạng chịng chành khơng làm thay đổi tọa độ dài tọa độ góc liệt kê mà xuất thay đổi vận tốc dài, gia tốc dài vận tốc góc, gia tốc góc theo thời gian, thí dụ như: ,, ϕ՛՛(t), ϕ՛(t), θ՛՛(t), θ՛(t), số yếu tố khác Các tốc độ gia tốc gọi thơng số động học loại chịng chành riêng tàu - Ngoài ra, chuyển động điểm tầu đặc trung vận tốc dài gia tốc dài Các vận tốc gia tốc tạo thành, tham gia thông số động học dài thơng sơ động học góc khác - Vận tốc dài, gia tốc dài vận tốc góc, gia tốc góc khối tâm tầu tìm thấy từ việc lấy đạo hàm theo thời gian tọa độ dài, tọa độ góc hàm thời gian Vì bải tốn chủ yểu lý thuyết chịng chành tìm hàm mơ tà q trình chịng chành Các hàm nhận từ kết giải phương trình chịng chành tàu II Tác hại tính chịng chành tới khai thác cảng Chuyển động dao động tàu có nhiều nguyên nhân, nguyên tắc, tượng xấu, chịng chành kéo theo điều khơng mong muốn gây hậu nguy hiểm Về điểm này, chịng chành gây tác hại cho thuyền viên thân tàu:  Tạo gia tốc tải khác vùng khác tàu, mà nguyên nhân biển xấu, chuyển vị hàng không đủ cố định hàng rời, bổ sung ứng lực yếu tố kết cấu thân tàu kiến trúc thượng tầng  Đặc trưng ổn định tàu thay đổi so với nước tĩnh hồn tồn tạo nên tình nguy hiểm lật tàu  Nước hắt lên boong, nguy hiểm đến chuyên chở hàng độ bền tàu;  tính di động tàu lực cản tăng, điều kiện làm việc chong chóng động bị thay đổi  Trong số trường hợp làm xấu tính ăn lái tàu, hậu nguy hiểm hồn tồn đến sớm  Ảnh hưởng đến sức khỏe thủy thủ đoàn  Giảm tốc độ chạy tàu nguyên nhân sau đây: tăng sức cản nước chòng chành dọc tàu, thay đổi sức cản khơng khí, quay đứng tàu hướng đi, dạt ngang sóng gió  Ảnh hưởng chịng chành tới tính ổn định tàu cỡ lớn: Chòng chành ngang nghiêng tác dụng gió dật Nguy hiểm trường hợp gió tĩnh đột ngột tăng mạnh thay đổi theo hướng ngược lại, nghĩa gió dật thổi lên tàu vào thời điểm có biên độ chịng chành ngang lớn phía xi gió Việc lật tàu lớn xảy tàu chở hàng rời (quặng, than đá, ) mà chòng chành vừa bị xơ dịch vừa tạo góc nghiêng từ từ bên mạn (thường bên ngược gió), chở hàng rời có độ ẩm cao, chỗ hàng diễn dồn nén lớp tạo cho lớp xô dịch dễ dẫn đến lật tàu  Ảnh hưởng chịng chành tới tính ổn định tàu cỡ bé: Sự nguy hiểm lật tàu tác động trực tiếp sóng chịng chành xảy tàu nhỏ với điều kiện chúng nằm đỉnh sóng tốc độ tàu gần tốc độ tuyến sóng Việc lật tàu nhỏ xảy chúng nằm áp mạn vào sóng phi tuyến dồn tới, sóng lớn so với sóng bên cạnh  Giới hạn nguy hiểm chịng chành:  Các góc nghiêng làm cho hàng hóa tàu bị xơ dịch  Bắt đầu nước tràn lên boong lọt vào hầm hàng  Các gia tốc cao  Đáy tàu lên  Chong chóng phải tăng tốc lấy đà máy tải Việc nghiên cứu chịng chành cho phép dự đốn tính ứng phó tàu điều kiện sóng, xét hậu xấu đưa biện pháp hiệu để đề phòng khắc phục chúng, lựa chọn tốc độ góc chạy tàu sóng, lắp đặt thiết bị chuyên dụng gọi thiết bị giảm chịng chành III BIỆN PHÁP GIẢM TÍNH CHỊNG CHÀNH CỦA TÀU Chịng chành tàu, nói trên, tượng có hại thân tàu hậu mà đưa tới Điều quan trọng là, chòng chành phải êm “sải” phải nhỏ Nhu cầu giảm chành xuất đặc biệt gay gắt, xác suất lật tàu sóng với chu kỳ dao động cộng hưởng gây mức độ ngày lớn Chòng chành mạn tàu nguy hiểm sóng Các đặt trưng tốt chịng chành đạt theo phương pháp sau: 3.1Thiết kế hợp lý hình dạng vỏ bao, kích thước trạng thái tải trọng tàu - Các đặc trưng tốt chòng chành đạt chủ yếu thiết kế tàu là: tính đến tăng chu kỳ dao động riêng tăng lực cản tàu dao động Đặc trưng thứ đảm bảo chòng chành êm nhẹ, đặc trưng thứ hai – “sải” chòng chành nhỏ + Chu kỳ riêng chòng chành mạn tàu tăng, tính đến lựa chọn hợp lý chiều rộng tàu chiều cao tâm nghiêng + Chiều cao tâm nghiêng cần phải đặt giá trị nhỏ để tàu khơng bị lắc mức - Tăng lực cản nước đến chịng chành tạo phù hợp với hình dạng thân tàu + Tăng hệ số béo CB , CM, CWP dẫn đến tăng hệ số cản + Xác định hệ số cản bổ sung không thứ nguyên chòng chành mạn tàu chạy: + Hệ số 2 tăng tốc độ tàu gây ra, xác định theo công thức: 2  k 2 Ở đây: hệ số thực nghiệm k  tính bằng: k  1 2Fr 10Fr2 3.2Lựa chọn phù hợp tốc độ góc chạy tàu hướng truyền sóng, cho phép tránh chế độ chịng chành cộng hưởng Thay đổi tần suất tàu gặp sóng đường thay đổi góc hành trình tốc độ chạy tàu tránh chế độ chịng chành cộng hưởng + Chu kỳ  K lực mô men nhiễu động, quy ước tác động sóng tàu chạy gọi chu kỳ biểu kiến giá trị tính theo cơng thức: (1) Ở đây: W – chu sóng; v – tốc độ tàu; c – tốc độ truyền sóng pha tốc độ nó;  – góc hành trình, tức góc vector tốc độ tiến tàu tốc độ truyền sóng Ở sóng theo túy   00 , sóng tới túy   1800 chạy mạn tàu cặp sóng   900   2700 + Từ biểu thức (4) ta thấy rằng, thay đổi tốc độ v góc hành trình  làm chu kỳ biểu kiến thay đổi khơng có chịng chành cộng hưởng xảy Giá trị chu kỳ biểu kiến thay đổi giới hạn Tần số kiến sóng tàu chạy biểu Nó tính đến vế phải phương trình chịng chành tính tốn lực mô men nhiễu động Các phương pháp giảm chành thực thủy thủ lái tàu sở đồ thị chạy bão thiết lập cho người điều khiển tàu Khi biết thông số sóng, đồ thị cho khả lựa chọn tốc độ chạy tàu hướng chuyển động với mục đích giảm chịng chành cho tàu 3.3Đặt tàu thiết bị chuyên dụng gọi thiết bị giảm chành Chịng chành giảm đặt tàu thiết bị chuyên dụng – thiết bị giảm chành + Hiện đạt thành công việc giảm chòng chành mạn + Chế tạo thiết bị để giảm chòng chành thẳng đứng chòng chành sống hiệu chừng khơng thành cơng, cơng việc kéo dài đến tận ngày - Có hai nguyên tắc để giảm chành: mặt phẳng nằm ngang phương thẳng đứng động với profile sóng + Phù hợp với nguyên tắc thứ nhất, cần phải đảm bảo boong tàu tuyệt đối nằm ngang khơng có nghiêng Ưu việt phương pháp sử dụng cho tàu chiến + Phù hợp với nguyên tắc giảm chành thứ hai, boong tàu cần phải ln ln song song với tiếp tuyến profile sóng, cột đèn trùng với mặt phẳng thẳng đứng động Ở nguyên tắc cải thiện điều kiện sống người, trọng lực biểu kiến biểu diễn tổng hình học trọng lực lực qn tính ln ln song song với mặt phẳng Thủy thủ đồn, hành khách, hàng hóa, thiết bị trang thiết bị khơng dịch chuyển boong - Giảm chành nói chung cho tàu thực cách tạo cho tính chất tính đến kết hợp yếu tố động lực + Phương trình chịng chành mạn có kể đến điều hồ chịng chành: (2) đây: + Từ phương trình (2) ta thấy rằng, điều hịa chịng chành tàu theo góc nghiêng tương đương với thay đổi mơ men hồi phục, điều hịa theo vận tốc – thay đổi mơ men cản, cịn theo gia tốc – thay đổi mô men lực quán tính Hiệu làm việc thiết bị giảm chành đánh giá qua biên độ dư (còn lại) sau điều hòa chòng chành, đội bội giảm chành tàu đặc tính tĩnh thiết bị giảm chành + Có thể đánh giá hiệu làm việc thiết bị giảm chành qua độ bội giảm chành: đây: 0 , y – biên độ chòng chành tàu thiết bị giảm chành không làm việc làm việc Hiệu thiết bị giảm chành đánh giá qua đặc trưng tĩnh – góc nghiêng tĩnh ST mà tàu nhận nước tĩnh đặt tĩnh lên mơ men điều hịa (mơ men giảm chành) lớn M STmax: Thiết bị giảm chành chia thành loại thụ động loại chủ động Thiết bị loại thụ động tạo mơ men điều hịa phản ứng lên chịng chành tàu, chúng khơng có lực dẫn động hệ thống điều khiển Ở ngoại trừ quay hồi chuyển giảm chành Loại thiết bị giảm chành chủ động có lực dẫn động hệ thống điều khiển địi hỏi phí cơng suất Nó hiệu loại thụ động đắt chế tạo khai thác, độ tin cậy thấp Thiết bị giảm chành kiểu chủ động sử dụng để làm lắc tàu nước tĩnh băng Theo đặc tính lực tác dụng, thiết bị giảm chành chia thành ba nhóm: nhóm trọng lực – két chất lỏng (hình 1); loại thủy động lực – ky hơng (vây giảm lắc) (hình 2), bánh lái mạn kiểu chủ động; quay giảm chành – quay tự Phổ biến thực tế ngành đóng tàu nhận ky hông ky mạn, bánh lái mạn chủ động két giảm chành Hình 2: Két giảm chành thụ động Hình 1: Ky hơng + Thiết bị giảm chòng chành mạn thụ động kiểu thủy động lực đơn giản ky hông + Hiệu ky hông thiết bị giảm chành biểu chòng chành chế độ cộng hưởng Bánh lái mạn chủ động thiết bị giảm chành kiểu thủy động lực, tạo mô men điều hòa đây: n – số bánh lái; Yi – lực nâng (dạt) bánh lái thứ i; ri – khoảng cách từ tâm áp lực bánh lái thứ i đến trục dọc qua khối tâm tàu Khi tàu chuyển động nước tĩnh, với mục đích giảm lực cản bánh lái mạn chủ động cất vào thân tàu + Để nâng cao hiệu suất bánh lái mạn, làm chắn (bánh lái hai tấm), lực nâng chúng tăng tạo mơ men điều hịa lớn + Thiết bị giảm chành làm việc hiệu nhiều tốc độ xác định tàu không gần với không + Bánh lái điềukhiển mạn đảm bảo độ bội giảm chành khoảng chừng cho phép lắc tàu nước tĩnh Két giảm chành kiểu thụ động chủ động két loại I loại II +Két loại I – két dự trữ khơng thơng với nước ngồi mạn, đơi chúng gọi két kín + Két loại II két hở thông với nước mạn Ở két thụ động loại I loại II, nước lưu chuyển tác dụng trọng lực nghiêng tàu Hiệu điều hòa két dựa tượng cộng hưởng đơi, chế độ chịng chành cộng hưởng dao động tàu lệch pha dao động nước 900 + Nhược điểm két khối lượng lớn đáng kể, giảm trọng tải tàu, hiệu hạ (đôi quan sát lắc tàu mạnh có két thụ động), két chủ động có kết cấu phức tạp giá thành cao Bởi hạn chế sử dụng két với tư cách thiết bị giảm chành cho chòng chành mạn tàu - Con quay hồi chuyển giảm chành sử dụng để điều hòa cục dụng cụ, thiết bị, v.v