Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy tàu bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu cam ranh khánh hòa

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Lê Văn Toàn, là học viên lớp Cao học 2013, ngành Cơ khí Động lực, xin cam đoan: Mọi tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng của đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

1959

LÊ VĂN TOÀN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÖI KHÍ

TẠI NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH – KHÁNH HÕA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÕA - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

1959

LÊ VĂN TOÀN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÖI KHÍ

TẠI NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH – KHÁNH HÕA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Lê Văn Toàn, là học viên lớp Cao học 2013, ngành Cơ khí Động lực, xin cam đoan:

Mọi tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng của đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy tàu bằng túi khí tại Nhà máy Đóng tàu Cam Ranh – Khánh Hòa” là công trình nghiên cứu của tôi và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này Mọi số liệu là trung thực, hợp lệ, chính xác và không vi phạm pháp luật

Khánh hòa, Ngày tháng 12 năm 2015.

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian dài học tập, rèn luyện, trau dồi kiến thức và nghiên cứu đến nay luận văn cao học của tôi đã được hoàn thành Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và

hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS Trần Gia Thái, Quý Lãnh đạo Trường Đại học

Nha Trang, Quý Thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật Giao thông và bạn bè đồng nghiệp đã quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong học tập và nghiên cứu; Xin cảm ơn sự giúp

đỡ của KS.Nguyễn Thanh Hội, CN Bùi Quang Sơn, TS.Nguyễn Đức Quý; Công ty Đóng tàu Cam ranh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần trong nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu; Gia đình và người thân đã quan tâm, chăm sóc, động viên tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, Ngày tháng 12 năm 2015

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xi

Chương 1 PHẦN TỔNG QUAN xii

1.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1

1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ 2

1.2.1 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở nước ngoài 2

1.2.2 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở Việt Nam 4

1.3 MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 5

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 5

1.3.3 Nội dung nghiên cứu 5

1.3.4 Phạm vi nghiên cứu 6

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ 7

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 7

2.1.1 Nguyên tắc hạ thủy 7

2.1.2 Các giai đoạn khi hạ thủy tàu thủy bằng túi khí 8

2.1.3 Đặc điểm công nghệ hạ thủy bằng túi khí 9

2.2 CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ 11

2.2.1 Mặt bằng (đường) hạ thủy 11

2.2.2 Túi khí 13

2.2.3 Tời kéo 20

2.2.4 Máy nén khí 20

2.2.5 Tàu – Phương tiện 20

2.3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÚI KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH HẠ THỦY 21

2.3.1 Trường hợp túi khí không bị biến dạng 21

2.3.2 Chuyển động của túi khí bị biến dạng 24

2.4 TÍNH TOÁN HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ 25

2.4.1 Lựa chọn phương án hạ thủy bằng túi khí 25

2.4.2 Tính toán lực kéo của máy tời 25

2.4.3 Tính toán, lựa chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí 26

2.5 QUY TRÌNH HẠ THỦY VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ TÀU HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ……… 28

2.5.1 Biện pháp công nghệ cần thiết khi hạ thủy bằng túi khí 28

2.5.2 Các công việc chuẩn bị hạ thủy bằng túi khí 29

2.5.3 Trình tự thao tác hạ thủy bằng túi khí 29

2.5.4 Các biện pháp đảm bảo an toàn cho tàu khi hạ thủy 31

2.5.5 Phương pháp đưa tàu xuống khỏi đế (ghế) kê 32

2.6 CÁC SỰ CỐ KHI HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ VÀ CÁCH XỬ LÝ 35

Chương 3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG

TÚI KHÍ TẠI NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH 37

3.1 HIỆN TRẠNG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH 38

3.1.1 Điều kiện địa lý của Vịnh Cam Ranh và Nhà máy đóng tàu Cam Ranh 38

3.1.2 Đặc điểm luồng lạch hạ thủy của Nhà máy 39

3.1.3 Khả năng đáp ứng của hệ thống hạ thủy hiện tại 39

3.1.4 Lập phương án hạ thủy 41

3.2 TÍNH TOÁN HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ 42

3.2.1 Giới thiệu tàu hạ thủy 42

3.2.2 Tính chọn quy cách, số lượng và phương án bố trí các túi khí dùng hạ thủy… 46

3.3 TÍNH BỔ SUNG QUÁ TRÌNH HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ 53

3.3.1 Tính phản lực và áp suất túi khí theo chiều cao làm việc 54

3.3.2 Tính tốc độ chuyển động của túi khí khi hạ thủy 59

3.3.3 Tính khoảng cách tâm hai túi khí nằm cạnh nhau 61

3.3.4 Tính độ dốc bổ sung của tàu trên túi khí 62

3.3.5 Tính toán các thiết bị phục vụ 64

3.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH HẠ THỦY TỔNG ĐOẠN PHAO RỜI 1850 TẤN 65 3.4.1 Công tác chuẩn bị 65

3.4.2 Các yêu cầu kiểm tra an toàn 65

3.4.3 Quy trình hạ độ cao 66

3.4.4 Biện pháp xử lý sự cố 68

3.5 PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU KHI HẠ THỦY TRÊN TÚI KHÍ 69

3.5.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn chuẩn bị 69

3.5.2 Giai đoạn 2 Giai đoạn hạ thủy 71

3.5.3 Giai đoạn 3 74

3.5.4 Giai đoạn 4 74

3.6 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ TẠI NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH 75

3.6.1 Giá thành và khả năng đầu tư 75

3.6.2 Mặt bằng và qui hoạch tổng thể 77

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC I

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hình thức phần dưới nước của đà tàu hạ thủy bằng túi khí 12

Bảng 2.2 Cơ tính vật liệu chế tạo túi khí 15

Bảng 2.3 Yêu cầu về hình dáng 15

Bảng 2.4 Kiểu loại và ứng dụng của các loại túi khí 16

Bảng 2.5 Phân loại túi khí theo đường kính 16

Bảng 2.6 Phân loại túi khí theo tải trọng tác dụng 17

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của túi khí 17

Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật của các túi khí chịu tải cao 18

Bảng 2.9 Bảng tính chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí 26

Bảng 2.10 Phân tích các sự cố khi hạ thủy bằng túi khí 35

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của các tổng đoạn hạ thủy 42

Bảng 3.2 Sơ đồ bố trí các túi khí 50

Bảng 3.3 Phương án bố trí các túi khí hạ thủy các tổng đoạn Ụ nổi 50

Bảng 3.4 Kết quả tính chọn lực tời kéo đối với các tổng đoạn hạ thủy 52

Bảng 3.5 Kết quả tính đáp ứng lực và áp suất túi khí theo độ cao làm việc 57

Bảng 3.6 Kết quả tính tốc độ tiếp nước 60

Bảng 3.7 Các sự cố xảy ra khi hạ thủy bằng túi khí 68

Bảng 3.8 Tổng chi phí thực hiện việc hạ thủy tàu trên hệ thống hạ thủy hiện tại 75

Bảng 3.9 Bảng tổng hợp chi phí thuê, mua túi khí và tư vấn hạ thủy bằng túi khí 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh hạ thủy tàu cỡ lớn bằng túi khí tại Trung Quốc 2

Hình 1.2 Hạ thuỷ xàlan ……… …… … 3

Hình 1.3 Hạ thủy tàu 1200 tấn tại nhà máy đóng tàu XiShui tỉnh Hồ Bắc 3

Hình 1.4 Hạ thuỷ bằng túi khí tàu chở dầu tại Nhà máy đóng tàu Chu Sơn 3

Hình 2.1 Hình ảnh phần đuôi tàu khi hạ thủy bằng túi khí 10

Hình 2.2 Hình dạng và kết cấu túi khí 13

Hình 2.3 Cấu tạo van an toàn ở hai đầu túi khí 13

Hình 2.4 Các thông số hình học của túi khí 14

Hình 2.5 Ký hiệu sản phẩm 14

Hình 2.6 Đường đặc tính kỹ thuật của túi khí 19

Hình 2.7 Chuyển động lăn của túi khí trên nền triền 21

Hình 2.8 Chuyển động của tàu trên túi khí 23

Hình 2.9 Mô hình chuyển đổi của túi khí tương đương 24

Hình 2.10 Phương án bố trí túi khí dưới đáy tàu 25

Hình 2.11 Các phương án hạ thủy tàu bằng túi khí 25

Hình 2.12 Phương pháp rút các đế kê 32

Hình 2.13 Gối khí tập trung 33

Hình 2.14 Đưa các túi khí vào vị trí 34

Hình 3.1 Bản vẽ tổng thể mặt bằng Nhà máy đóng tàu Cam Ranh 40

Hình 3.2 Đặc điểm địa hình tại khu vực tiếp nước 46

Hình 3.3 Vị trí Phao rời trước khi hạ thủy 46

Hình 3.4 Xác định đường kính và chiều cao làm việc của túi khí 47

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí các túi khí hạ thủy ponton phao rời 60.5 m 50

Hình 3.6 Sơ đồ lực tác dụng khi hạ thủy bằng túi khí 51

Hình 3.7 Túi khi trước và sau khi biến dạng 54

Hình 3.8 Đồ thị đáp ứng lực của túi khí theo cao độ ở áp suất khí p = 9.18 tấn/m2 .58

Hình 3.9 Đồ thị đáp ứng lực và áp suất của túi khí theo cao độ 58

Hình 3.10 Chuyển động của tàu trên túi khí 59

Hình 3.11 Vị trí trọng tâm tàu trên các túi khí 62

Hình 3.12 Chuyển vị và phản lực của túi khí tác động lên tàu 63

Hình 3.13 Quy trình hạ độ cao đối với ponton Phao rời cần hạ thủy .67

Hình 3.14 Quá trình hạ thủy các tổng đoạn theo quy trình tính toán 68

Hình 3.15 Bố trí và sơ đồ lực tác dụng trong giai đoạn 1 69

Hình 3.16 Vị trí tàu và sơ đồ lực tác dụng trong giai đoạn 2 71

Hình 3.17 Vị trí thời điểm tàu quay quanh mép triền 72

Hình 3.18 Xác định thời điểm quay quanh đường trượt 72

Hình 3.19 Trường hợp tàu không quay quanh mép triền 73

Hình 3.20 Hiện tượng tàu quay quanh mép triền 73

Hình 3.21 Hiện tượng tàu quay xung quanh mép triền 74

Hình 3.22 Bố trí mặt bằng hạ thủy 77

Hình 3.23 Chi tiết mặt bằng hạ thủy 78

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Chủ đề nghiên cứu

Nhà máy đóng tàu Cam Ranh là nhà máy đóng tàu vỏ thép cỡ lớn ở khu vực

miền Trung, đã và đang đóng khá nhiều tàu có trọng tải lớn, lên đến 22.000 DWT cùng một số các tàu chở khách, tàu dịch vụ cho các chủ tàu trong nước và ngoài nước Tuy vậy, do thiết bị hạ thủy tàu mới chỉ dừng lại ở việc đầu tư đà trượt 30.000 DWT nên để đáp ứng nhu cầu mở rộng năng lực sản xuất nhằm đảm bảo được tiến độ của các dự án đóng mới tàu, nhà máy đã và đang đặt ra vấn đề xây dựng thêm một thiết bị

hạ thủy mới phù hợp với mặt bằng và công nghệ sản xuất ngay tại Nhà máy hiện nay Sau một thời gian tìm hiểu, phân tích các phương pháp và thiết bị hạ thủy khác nhau, chúng tôi đã lựa chọn công nghệ hạ thủy bằng túi khí – một công nghệ hạ thủy mới đầy triển vọng trong ngành công nghiệp tàu thủy hiện nay để áp dụng tại Nhà máy Công nghệ này có nguồn gốc từ Trung Quốc và mặc dù có nhiều ưu điểm so với các phương pháp hạ thủy khác như tính đa năng, tính cơ động, tiết kiệm nhiều thời gian, công sức, chi phí đầu tư ban đầu v…v… nhưng cũng tiềm ẩn khá nhiều tai nạn rủi ro nếu không có những tính toán hạ thủy phù hợp với các điều kiện thực tế của nhà máy

Vì vậy, vấn đề quan trọng đặt ra là cần phải nghiên cứu xây dựng phương án hạ thủy bằng túi khí phù hợp mặt bằng, công nghệ sản xuất và điều kiện kinh tế của nhà máy, cùng quy trình hạ thủy chuẩn có vai trò, ý nghĩa quan trọng và mang tính cấp thiết, không chỉ với Nhà máy Cam Ranh, mà cả các nhà máy đóng tàu khác trong cả nước Ngoài ra, do tài liệu hướng dẫn công nghệ hạ thủy bằng túi khí hiện còn rất hạn chế nên đề tài còn đặt vấn đề nghiên cứu tính bổ sung cơ sở lý thuyết hạ thủy bằng túi khí qua việc phân tích hiện tượng nảy sinh do biến dạng túi khí trong quá trình hoạt động Trên cơ sở đó đề tài đặt vấn đề nghiên cứu giải quyết một số nội dung cụ thể sau đây

- Tính và xây dựng quy trình hạ thủy cho một tàu cụ thể tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

- Nghiên cứu tính bổ sung quy trình hạ thủy bằng túi khí

- Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán, lập qui trình hạ thủy tàu bằng phương pháp túi khí phù hợp với Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

- Đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ hạ thủy bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh – Khánh Hòa

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương pháp điền dã, phương pháp thực nghiệm thực tế

- Phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan, kết hợp với cơ sở lý thuyết hạ thủy để xây dựng cơ sở lý thuyết cho phương pháp tính toán và quy trình hạ thủy bằng túi đệm khí

- Đi thực tế điền dã tìm hiểu phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở các nhà máy đóng tàu trong nước để xây dựng những cơ sở dữ liệu cần thiết phục vụ việc tính hạ thủy bằng phương pháp túi đệm khí

- Khảo sát thực tế ngay tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh để tính toán quy trình

hạ thủy bằng túi khí cho một tàu cụ thể

Kết quả nghiên cứu

(1) Tính toán lập phương án và xây dựng quy trình hạ thủy cho ụ nổi 17.000 tấn trên túi khí theo một số tài liệu hướng dẫn hiện hành phù hợp với hiện trạng của Nhà máy đóng tàu Cam Ranh – Khánh Hòa

(2) Phân tích ảnh hưởng của sự biến dạng túi khí đến hạ thủy thông qua phân tích,

đề xuất tính bổ sung một số hiện tượng xảy ra khi hạ thủy tàu bằng các túi khí

và áp dụng cho trường hợp hạ thủy tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

 Tính phản lực và áp suất túi khí theo chiều cao làm việc

 Tính tốc độ chuyển động của túi khí khi hạ thủy

 Hiệu chỉnh công thức tính khoảng cách tâm hai túi khí nằm cạnh nhau

 Tính độ dốc bổ sung của tàu trên túi khí

(3) Xây dựng quy trình hạ thủy bằng túi khí

(4) Phân tích chuyển động của tàu khi hạ thủy trên túi khí

Kết luận và khuyến nghị

Luận văn “Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy tàu bằng túi khí tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh – Khánh Hòa” là một đề tài có tính ứng dụng thực tế Trên cơ sở lý thuyết về công nghệ hạ thủy nói chung và hạ thủy bằng túi khí nói riêng, cùng việc phân tích điều kiện thực tế tại nhà máy, cũng như tính kinh tế và khả năng đáp ứng của thị trường đối với việc đầu tư mới hoặc thuê túi khí ở nước ta hiện nay, luận văn đã cho thấy việc ứng dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí vào Nhà máy đóng tàu Cam Ranh là hoàn toàn khả thi và rất phù hợp, cả về mặt kinh tế và kỹ thuật Trong phạm vi luận văn, chúng tôi rất mong muốn các cơ quan quản lý nước ta tiến hành xây dựng quy phạm hoặc tài liệu hướng dẫn hạ thủy bằng túi khí để có thể ứng dụng rộng rãi phương pháp này cho các nhà máy đóng tàu cỡ vừa và nhỏ nước ta

vì những ưu việt của công nghệ hạ thủy này về tính linh động, tính kinh tế

Từ khóa

Công nghệ, hạ thủy tàu, túi khí, ứng dụng, khả thi, phù hợp, kinh tế, kỹ thuật, phân tích

Chương 1: PHẦN TỔNG QUAN

1.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Nhà máy đóng tàu Cam Ranh là nhà máy đóng tàu vỏ thép cỡ lớn nằm ở khu vực

miền Trung, đã được đưa vào hoạt động từ năm 2007 trên diện tích khoảng 70 ha, trong đó thiết bị dùng hạ thủy tàu mới chỉ dừng lại ở việc đầu tư đà trượt 30.000 DWT Trong thời gian qua, nhà máy đã đóng được nhiều tàu có trọng tải đến 22.000 DWT, cùng một số các tàu chở khách, tàu dịch vụ cho các chủ tàu trong nước và ngoài nước

Do đó để đáp ứng nhu cầu mở rộng năng lực sản xuất nhằm đảm bảo được tiến độ của các dự án đóng mới tàu, nhà máy đã và đang đặt ra vấn đề xây dựng thêm một thiết bị

hạ thủy mới phù hợp với mặt bằng và công nghệ sản xuất ngay tại Nhà máy hiện nay Sau thời gian tìm hiểu, phân tích các phương pháp và thiết bị hạ thủy khác nhau, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp hạ thủy bằng túi đệm khí - công nghệ hạ thủy mới đầy triển vọng trong ngành công nghiệp tàu thủy hiện nay để áp dụng tại Nhà máy Thực tế nhận thấy, với năng lực về kỹ thuật và công nghệ hiện nay thì việc lựa chọn và tính toán phương pháp hạ thủy nào để có thể áp dụng tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh không phải vấn đề khó khăn, nếu chỉ xét ở góc độ kỹ thuật và công nghệ thuần túy Tuy nhiên, với những điều kiện hạn chế về cơ sở hạ tầng thực tế của Nhà máy như hiện nay thì việc lựa chọn phương pháp hay công nghệ hạ thủy nào để chi phí đầu tư là thấp nhất trong điều kiện vẫn đảm bảo yêu cầu về công nghệ và kỹ thuật khi hạ thủy Ngoài ra, mặc dù là phương pháp hạ thủy có nhiều ưu điểm như tính đa năng, cơ động, tiết kiệm thời gian, công sức, chi phí đầu tư nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro, tai nạn nếu không có những tính toán hạ thủy phù hợp với các điều kiện thực tế của nhà máy

Vì vậy, vấn đề quan trọng đặt ra là cần phải nghiên cứu xây dựng phương án hạ thủy bằng túi khí phù hợp mặt bằng, công nghệ sản xuất và điều kiện kinh tế của nhà máy, cùng quy trình hạ thủy chuẩn, có vai trò, ý nghĩa quan trọng và mang tính cấp thiết, không chỉ với Nhà máy Cam Ranh, mà cả các nhà máy đóng tàu khác trong cả nước

Đây là lý do để chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài cao học “Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy bằng túi khí tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh”

1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÖI KHÍ

1.2.1 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở nước ngoài

Phương pháp hạ thuỷ bằng đệm túi khí, hay còn gọi là phương pháp hạ thuỷ mềm

rất dễ điều chỉnh tốc độ dịch chuyển tàu khi hạ thuỷ nên có thể đảm bảo được yêu cầu

kỹ thuật tốt hơn các phương pháp hạ thuỷ truyền thống - còn gọi là hạ thuỷ cứng Công nghệ hạ thuỷ này được Trung Quốc nghiên cứu sử dụng thành công 20 năm nay

và ngày càng được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy đóng tàu trên khắp thế giới

Ở Trung Quốc, công nghệ hạ thủy này dùng phổ biến cho tàu dưới 10.000 DWT, nhưng cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các nhà máy đóng tàu ở Trung Quốc cũng đã tính toán, thiết kế và hạ thủy được nhiều tàu có trọng tải lớn hơn (hình 1.1)

Có thể kể một số nhà máy ở Trung Quốc đã hạ thủy thành công tàu bằng phương pháp đệm khí như sau:

- Công ty Titan Quanzhou Shipyard Co Ltd chuyên đóng mới các tàu chở dầu

có trọng tải từ (4.000 - 5.000) tấn Mỗi năm nhà máy đóng khoảng 24 tàu và hoàn toàn sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí

- Ngày 18/09/2009, nhà máy Weihai - China (Tế Nam) đã hạ thủy thành công tàu hàng trọng tải 34.000 DWT và trọng tải 93.000 DWT bằng đệm khí

Hình 1.1 Hình ảnh hạ thủy tàu cỡ lớn bằng túi khí tại Trung Quốc

Dưới đây là một số hình ảnh các công trình hạ thủy bằng túi khí đã đi vào lịch sử của ngành đóng tàu Trung Quốc

Hình 1.2 Hạ thuỷ xàlan Hình 1.3 Hạ thủy tàu 1200 tấn tại nhà máy đóng tàu XiShui tỉnh Hồ Bắc

Hình 1.4 Hạ thuỷ bằng túi khí tàu chở dầu tại Nhà máy đóng tàu

Chu Sơn “Chouhai you 28”

Các chuẩn mực dùng trong hạ thủy bằng túi khí ở Trung Quốc được đề xuất bởi

bộ phận Công nghệ sửa chữa tàu thuộc Ủy ban tiêu chuẩn hóa công nghệ tàu biển của Trung Quốc và được quản lý bởi Viện nghiên cứu công nghệ sửa chữa tàu Thiên Tân

1.2.2 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở Việt Nam

Ở Việt Nam, công nghệ hạ thủy tàu bằng túi đệm khí được nhập về từ năm 1996

áp dụng theo phương pháp tính và các tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật là của nước ngoài Mặc dù đã được nhiều nhà máy đóng tàu ở nước ta áp dụng từ lâu nhưng cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào về công nghệ hạ thủy này được công bố chính thức và cũng chưa có tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật phù hợp với nhà máy đóng tàu ở nước ta Theo đánh giá của nhiều chuyên gia trong ngành công nghiệp đóng tàu nước ta, phương pháp này giúp tiết kiệm do không phải làm triền đà, an toàn và “mềm mại”

Do đó phương pháp hạ thủy này đang được ưu tiên lựa chọn áp dụng ở nước ta và đang được theo dõi, thử nghiệm thêm để có thể thay thế dần phương pháp hạ thủy bằng ụ nổi và bằng triền đà, trước mắt là cho những tàu có trọng tải dưới 10.000 tấn

Có thể kể một số trường hợp hạ thủy thành công bằng phương pháp túi khí ở nước ta trong thời gian qua như sau:

- Từ ngày 9 đến 17/3/2008, Phân xưởng cơ khí thuộc Công ty vật tư vận tải và xếp dỡ – TKV đã hạ thuỷ thành công 04 sàlan boong nổi có sức chở 400 tấn,

1.3 MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Từ những trình bày nêu trên đây, có thể nhận thấy mục tiêu nghiên cứu chính của

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương pháp điền dã, phương pháp thực nghiệm thực tế

- Phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan, kết hợp với cơ sở lý thuyết hạ thủy để xây dựng cơ sở lý thuyết cho phương pháp tính toán và quy trình hạ thủy bằng túi đệm khí

- Đi thực tế điền dã tìm hiểu phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở các nhà máy đóng tàu trong nước để xây dựng những cơ sở dữ liệu cần thiết phục vụ việc tính hạ thủy bằng phương pháp túi đệm khí

- Khảo sát thực tế ngay tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh để tính toán quy trình

hạ thủy bằng túi khi cho một tàu cụ thể

1.3.3 Nội dung nghiên cứu

Để giải quyết được mục tiêu nghiên cứu đề ra, đề tài cần đặt vấn đề giải quyết các nội dung chính như sau:

- Tính và xây dựng quy trình hạ thủy cho một tàu cụ thể tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

- Nghiên cứu tính bổ sung quy trình hạ thủy bằng túi khí

- Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Trên cơ sở đó, nội dung luận văn được kết cấu thành 4 chương cụ thể như sau

Chương 1 Phần tổng quan

Nội dung chương trình bày những vấn đề tổng quan có liên quan đến đề tài như:

Lý do lựa chọn đề tài; Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đối với vấn đề đặt ra; Mục tiêu, phương pháp, nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Chương 2 Phương pháp hạ thủy bằng túi khí

Nội dung chương này sẽ trình bày những vấn đề mang tính lý thuyết liên quan đến đề tài, tập trung vào các nội dung giới thiệu về nguyên lý, cơ sở lý thuyết khi tính toán và lập quy trình hạ thủy bằng túi khí

Chương 3 Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy bằng túi khí tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Nội dung chương này sẽ trình bày kết quả tính và lập quy trình hạ thủy bằng công nghệ túi khí cho một tàu cụ thể phù hợp với điều kiện thực tế của Nhà máy Thông qua đó cũng phân tích, tính toán những hiện tượng nảy sinh do biến dạng túi khí và hiệu quả kinh tế khi sử dụng công nghệ hạ thủy mới này so với các phương pháp hạ thủy truyền thống để đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ tiên tiến này tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Chương 4 Kết luận và khuyến nghị

Nội dung chương trình bày các kết luận và khuyến nghị rút ra trong quá trình thực hiện đề tài

1.3.4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong việc tính toán và lập quy trình

hạ thủy bằng túi khí cho Nhà máy đóng tàu Cam Ranh theo tài liệu hướng dẫn đã có, không đi sâu vào phân tích từng giai đoạn cụ thể của quá trình hạ thủy

Kết luận chương 1

Qua tìm hiểu tổng quan nhận thấy, phương pháp hạ thủy bằng túi khí tuy có

nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng nhưng thực tế vẫn chỉ dựa vào hướng dẫn sơ sài, chưa có những phân tích lý thuyết và tính hạ thủy cho một nhà máy đóng tàu cụ thể

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÖI KHÍ

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Nguyên tắc hạ thủy

Đối với phương pháp hạ thủy bằng túi khí, mặt bằng sân bãi dùng đóng tàu cần phải được thi công bằng phẳng, có đủ độ cứng chắc và có độ dốc lên đến 1/50 Tiếp nối với bãi đóng là mặt đà có độ dốc đến 1/19 được lát bằng bao cát hoặc bê tông Quá trình thi công tàu vẫn thực hiện trên các gối đỡ bằng thép và gỗ như bình thường Khi hạ thủy tàu, sử dụng một số lượng túi cao su nhất định tuỳ theo tải trọng của tàu, sau đó lồng các túi cao su này xuống dưới bụng tàu ở vị trí thích hợp và bơm khí nén

áp suất cao vào các túi để hình thành các đệm khí nâng dần tàu lên độ cao nhất định,

kế đó lấy tất cả gối kê ra khỏi mặt đáy tàu và điều chỉnh độ cao làm việc của túi khí Lúc này, toàn bộ trọng lượng của tàu sẽ đè lên các túi khí đã được nén với áp suất cao, đóng vai trò giống như những con lăn mềm và tàu có thể trượt trên các đệm khí này Tiếp theo, khởi động tời kéo, từ từ nới cáp thép để tàu bắt đầu di chuyển trên túi khí Trong quá trình hạ thủy phải luôn luôn nhét các túi khí vào đáy tàu và từ từ để cho tàu

di chuyển đến mặt nước, cho đến khi phần đuôi tàu đặt vào túi khí cuối cùng mới thôi Đợi đến khi mức nước đạt độ cao dự định, tàu dịch chuyển đến đoạn đà có độ dốc 1/19 tức là có thể theo quy định của phương án hạ thủy, hoặc nới lỏng cáp thép để cho tàu dựa vào trọng lượng bản thân trượt xuống nước, hoặc tiếp tục kéo tàu xuống nước Trong suốt quá trình hạ thủy, hệ thống các máy nén khí phải hoạt động liên tục

và có đường dẫn nối tới các túi khí nằm bên dưới thân tàu để luôn đảm bảo duy trì được một giá trị áp lực nén cần thiết ở bên trong các túi khí để nâng toàn bộ thân tàu Sau khi phát lệnh hạ thủy, những túi khí nằm ở khu vực phía lái tàu sẽ được giảm bớt

áp lực để tăng thêm độ dốc trượt cho con tàu và tời neo phía mũi được nhả ra để tàu trượt dàn xuống nước và các túi khí trở thành những con lăn mềm đưa tàu xuống nước Những túi khí sẽ lăn theo con tàu, nổi trên mặt nước và toàn bộ công việc hạ thủy sẽ được kết thúc trong khoảng thời gian một vài phút

2.1.2 Các giai đoạn khi hạ thủy tàu thủy bằng túi khí

Để thuận tiện trong việc tiến hành tính toán và phân tích, căn cứ vào nguyên lý

hạ thủy bằng túi khí, có thể phân chia quá trình hạ thủy thành ba giai đoạn:

1 Giai đoạn thứ nhất - di chuyển tàu

Giai đoạn này là giai đoạn chuẩn bị của hạ thủy bằng túi khí, được tính từ khi tàu

nâng căn đệm kê, cho đến khi tàu di chuyển đến mép nước nhét vào túi khí cuối cùng Các thao tác chính tiến hành ở giai đoạn này là thực hiện khống chế cáp thép kéo tàu, lúc này thân tàu nằm trên các túi khí, về cơ bản là trong trạng thái chịu lực đồng đều Các tính toán trong giai đoạn này là (1) tính trọng lượng hạ thủy và vị trí trọng tâm tàu (2) tính phối hợp số túi khí và áp lực bơm khí; (3) tính kiểm tra lực kéo và sức bền cáp Giai đoạn này tiến hành trước, không nhất định phải liên tục với giai đoạn hai

2 Giai đoạn thứ hai - vào nước

Đây là giai đoạn chính yếu nhất của quá trình hạ thủy bằng túi khí, được tính từ khi tàu di chuyển đến mép vùng nước cho đến khi mũi tàu rời khỏi túi khí cuối cùng

Ở giai đoạn này, trạng thái chuyển động của tàu giống giai đoạn hai và ba khi hạ thủy trượt dọc, tàu vừa có thể tự trượt xuống, có thể tiếp tục di chuyển do tời hay tàu kéo Tình trạng chịu lực của thân tàu trong giai đoạn này biến đổi nhanh và phức tạp nhất

Do phần nằm dưới nước của đường trượt rất ngắn, tàu lại di chuyển chậm nên so với các phương pháp hạ thủy khác, xác suất đuôi tàu và mũi tàu bị rớt xảy ra tương đối cao, dẫn đến phần đáy thân tàu có nhiều khả năng bị hư hỏng cục bộ, cần đặc biệt chú

ý Trong giai đoạn này cần thiết (1) tính chính xác khả năng chịu lực của túi khí và lực nổi, tính tình trạng áp lực của túi khí trong quá trình tàu chuyển động; (2) tính sự biến đổi góc nghiêng tàu; (3) tính sự thay đổi độ cao đáy tàu so với mặt đường trượt để ngăn ngừa hiện tượng chạm đáy; (4) vẽ đường cong quá trình hạ thủy nổi lên hoàn toàn

3 Giai đoạn thứ ba - bập bềnh

Giai đoạn này được tính kể từ khi tàu nổi hoàn toàn cho đến khi tàu đứng yên

Trạng thái của tàu ở giai đoạn này cơ bản giống với hạ thủy trượt dọc nhưng do tốc độ

hạ thủy tương đối chậm, hành trình xung đột sau khi hạ thủy cũng tương đối ngắn nên yêu cầu về chiều rộng vùng nước cũng không cần giống như hạ thủy trượt dọc

2.1.3 Đặc điểm công nghệ hạ thủy bằng túi khí

So với các phương pháp hạ thủy truyền thống, công nghệ hạ thủy bằng các túi đệm khí tỏ ra có nhiều ưu điểm, cụ thể như sau

- Phương pháp hạ thủy bằng túi đệm khí chỉ cần túi khí trải nằm trên đường dốc,

do đó không cần có đường hạ thủy chuyên dùng, đồng thời diện tích chịu lực của các túi khí tương đối lớn, chịu lực phân bố cũng tương đối đồng đều nên yêu cầu sức bền đối với đường trượt tương đối thấp, nhất là sức bền cục bộ

Do đó hạ thủy bằng túi khí có thể dùng trên đường bê tông, cũng có thể dùng trên đất cát và đất bùn, từ đó có thể tiết kiệm được khoản kinh phí đáng kể trong đầu tư xây dựng và rút ngắn được thời gian xây dựng đường trượt tàu Nhờ vậy hạ thuỷ bằng đệm túi khí giúp các nhà máy đóng tàu tiết kiệm được khoản kinh phí đầu tư đáng kể trong san lấp mặt bằng để thi công đường triền,

đà hạ thuỷ so với kinh phí máy móc, thiết bị hạ thủy bằng phương pháp khác

- Phương pháp hạ thủy đa năng, đa dụng, tiết kiệm đáng kể thời gian, công sức,

có tính cơ động, mức độ tin cậy và an toàn cao, đạt lợi nhuận kinh tế cao

- Trong quá trình sửa chữa tàu biển, các túi khí giúp kéo tàu lên bãi theo chiều ngược lại từ nước lên bờ, một việc mà hệ thống triền đà không thể làm được

- Phương pháp hạ thuỷ bằng đệm túi khí ít bị lệ thuộc vào thuỷ triều lên xuống,

do đó mở ra khả năng có thể lập xưởng đóng tàu với chi phí ít tốn kém hơn và

ở các địa điểm ven bờ biển

- Khoảng hành trình tàu trượt khi hạ thủy bằng các túi đệm khí tương đối ngắn nên phần dưới nước của đường trượt cũng rất ngắn, do đó không chỉ tiết kiệm trong đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng mà còn hạ thấp được các yêu cầu đối với điều kiện vùng nước

- So với phương pháp hạ thủy trượt dọc, ngang vật liệu hạ thủy bằng túi khí tiêu hao ít, thời gian chuẩn bị ngắn, chi phí sử dụng cho công tác bảo trì, bảo

dưỡng ít, không gây ô nhiễm vùng nước, các túi khí có thể sử dụng được nhiều lần nên giá thành hạ thủy giảm rõ rệt

- Phương pháp công nghệ hạ thủy này có hiệu quả kinh tế rõ rệt, đồng thời có thể đơn giản hóa bố cục tổng thể của nhà máy đóng tàu, rút ngắn rõ rệt chu kỳ xây dựng, nên được áp dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy đóng tàu vừa và nhỏ Tuy vậy, công nghệ hạ thủy này cũng có nhược điểm của nó, cụ thể như sau

- Thường chỉ mới được áp dụng hạ thủy các tàu có trọng tải dưới 10.000 DWT Đối với các tàu có trọng tải lớn hơn, về lý thuyết là vẫn có thể áp dụng được nhưng thực tế thì chưa thực hiện nhiều

- Khó khăn trong việc đưa tàu lên sửa chữa vì cần phải làm sạch lớp hà bám vào đáy tàu để đảm bảo an toàn cho đệm túi khí

- So với hạ thủy trượt dọc, thân tàu khi hạ thủy bằng túi khí nằm ở tình trạng chịu lực đồng đều, nhưng có khả năng xuất hiện hiện tượng rớt đuôi và kết cấu cục bộ của phần đáy tàu bị hỏng, dẫn đến tính an toàn hạ thủy không ổn định

Do đó cần phải có những nghiên cứu thêm như cải tiến hình dạng đầu đuôi đường trượt, tăng thích đáng chiều dài hạ thủy là một trong những biện pháp

có hiệu quả nhằm nâng cao tính an toàn hạ thủy (hình 2.1)

Hình 2.1 Hình ảnh phần đuôi tàu khi hạ thủy bằng túi khí

2.2 CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÖI KHÍ

Để lựa chọn được hợp lý các yếu tố công nghệ khi hạ thủy bằng các túi đệm khí, theo tiêu chuẩn CB/T 3837 - 011, các con tàu có thể được chia thành bốn loại như sau

 Loại 1 : tàu có trọng lượng hạ thủy P > 5.000 T hoặc có chiều dài L > 150m

 Loại 2 : tàu có trọng lượng hạ thủy P = (3.000 ÷ 5000) T hoặc có chiều dài

L = (120 ÷ 150)m

 Loại 3 : tàu có trọng lượng hạ thủy P = (1.000 ÷ 3.000) T hoặc có chiều dài

L = (90 ÷ 120)m

 Loại 4 : tàu có trọng lượng hạ thủy P < 1.000T hoặc chiều dài tàu L < 90m

Để có thể hạ thủy tàu bằng phương pháp túi khí cần phải có 3 hạng mục chủ yếu

về công nghệ là đà tàu, túi khí và hệ thống tời

(4) Đà tàu trong phương pháp hạ thủy bằng túi khí phải có một độ dốc nhất định,

độ dốc của nó có thể hơi nhỏ hơn so với độ dốc của đường trượt hạ thủy dọc

Độ dốc của đường đà được quyết định tùy theo kích thước của tàu hạ thủy và nói chung không lớn hơn 1/7 Trong phạm vi tổng chiều dài của đường đà, hình dạng của đường đà có thể là sự kết hợp giữa đường dốc, đường cung … Tuy nhiên, đáy tàu không được chạm đất kể cả trong trường hợp túi khí ở chiều cao làm việc thấp nhất

(5) Đà tàu phải bằng phẳng, với độ nghiêng của đà theo chiều từ phải sang trái phải nhỏ hơn 20 mm cho tàu loại 1, 2; nhỏ hơn 50 mm đối với tàu loại 3 và nhỏ hơn 80 mm đối với tàu loại 4 Những chỗ có lỗ, hố… phải được lấp đầy Khả năng chịu lực của mặt đất phải tương đối đồng nhất

(6) Đà tàu phải được kéo dài thêm đoạn nhất định hướng vào trong vùng nước,

có thể làm thành hình parabol, đường gấp khúc đôi hoặc hình gấp khúc đơn

để giảm bớt hiện tượng đuôi và mũi tàu bị rớt, đồng thời cải thiện tình trạng chịu lực của kết cấu đáy tàu

Bảng so sánh hình dạng phần đuôi của đường trượt (phần dưới nước của đà tàu)

hạ thủy bằng túi khí được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Hình thức phần dưới nước của đà tàu hạ thủy bằng túi khí

2.2.2 Túi khí

Túi khí là túi cao su bơm không khí được dùng rộng rãi trong ngành hàng hải để làm đệm va, trục vớt tàu đắm, nâng hạ tàu trong sửa chữa, hạ thủy tàu đóng mới [9]

1 Cấu tạo và ký hiệu sản phẩm của túi khí

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều kiểu loại túi khí với cấu tạo khác nhau Riêng ở Việt nam hiện chưa có công ty nào chế túi khí dùng cho nâng và hạ thủy tàu Khi nâng và hạ thủy tàu, các nhà máy thường dùng các túi khí do Trung Quốc chế tạo Kết cấu của túi khí gồm cao su và nilon gia cường bố trí làm nhiều lớp xếp lên nhau Các tấm lớp nilon gia cường này thường có lực đàn hồi là vào khoảng 205.8 N/tấm Túi khí có cấu tạo chung đơn giản như trên hình 2.2, với các bộ phận chính như sau

- Thân túi 2 là phần hình trụ tròn của túi khí

- Miệng túi 3 được lắp ở hai đầu túi khí dùng để bơm và xả khí ra khỏi túi

- Đầu túi 1 chính là phần hình côn dùng để nối giữa thân túi và miệng túi khí Hai đầu túi có lắp các van an toàn 4 để bơm hoặc xả khí ra ngoài (hình 2.3)

Hình 2.2 Hình dạng và kết cấu túi khí

Hình 2.3 là kết cấu của van an toàn lắp ở hai đầu túi khí

Hình 2.3 Cấu tạo van an toàn ở hai đầu túi khí

2 Các thông số hình học của túi khí

Các thông số hình học của túi khí được mô tả trên hình 2.4 như sau

- Chiều dài lớn nhất của túi khí LOA

- Chiều dài túi khí L

- Đường kính công tác hoặc đường kính danh nghĩa của túi khí D

- Độ cao làm việc của túi khí là độ cao thực tế của túi khí vào thời điểm tàu đã rời khỏi đế kê và nằm hoàn toàn trên túi khí

Hình 2.4 Các thông số hình học của túi khí

Ký hiệu sản phẩm của túi khí bao gồm những ký hiệu như trình bày trên hình 2.5

Ví dụ như ký hiệu túi khí 0.8x 5.0 -0.038 CB/T 3795-1996 có ý nghĩa là túi khí có đường kính danh nghĩa là 0.8 m, độ dài 5.0 m, áp suất làm việc 0.038 Mpa

Hình 2.5 Ký hiệu sản phẩm

Số hiệu tiêu chuẩn Tên gọi sản phẩm

Áp suất làm việc, Mpa

Độ dài thân túi, m Đường kính danh nghĩa của túi, m

_

x

3 Các yêu cầu về kỹ thuật

a) Yêu cầu về vật liệu

Vật liệu chế tạo túi khí bằng poliamit với cơ tính vật liệu cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Cơ tính vật liệu chế tạo túi khí

Lớp cao su bên ngoài Lớp cao su sợi Lớp cao su bên trong

Độ bền kéo Mpa  18  18  20

Hệ số dãn dài %  420  500  600

Độ cứng HA 60 50  5 40  5 Lực liên kết dính giữa các sợi KN/m  7

b) Yêu cầu về hình dáng và khả năng làm việc

Yêu cầu về hình dáng và khả năng làm việc được thể hiện qua yêu cầu dung sai

c) Yêu cầu về độ biến dạng đàn hồi và độ kín khí

Với áp suất thử nghiệm bằng 1.2 lần áp suất làm việc, độ biến dạng đàn hồi theo đường kính không được lớn hơn 5%

d) Yêu cầu khi kiểm tra túi khí

- Túi khí chế tạo phải qua kiểm tra và đảm bảo đạt tiêu chuẩn CB/T 3795-1996 của ngành đóng tàu

- Trước mỗi lần sử dụng, túi khí phải được thử không tải bằng cách bơm khí có

áp suất thử bằng 1.25 lần áp suất công tác và thời gian giữ áp suất là 1 giờ

- Túi khí dùng cho tàu loại 1 và loại 2 phải là loại túi có cường độ chịu lực cao, lực chịu tải trên một đơn vị chiều dài không được nhỏ hơn 20 T/m

- Hệ số an toàn không được nhỏ hơn 4.5, tức là áp lực công tác theo quy định của túi khí bằng 1/4.5 của áp lực phá hủy túi khí

- Độ kín khí phải đảm bảo sao cho sau khi bơm 1 giờ, lượng khí thoát ra ngoài không được lớn hơn 5%

- Yêu cầu về hình thức bên ngoài: quan sát bên ngoài túi khí phải sạch đẹp, không có vết rạn nứt, bọt khí, cũng như không có vết bẩn hoặc các khuyết tật

có thể nhìn thấy được

Bảng 2.4 trình bày kiểu loại và ứng dụng của các loại túi khí

Bảng 2.4 Kiểu loại và ứng dụng của các loại túi khí

Kiểu túi khí Đặc tính (DxL) Ứng dụng

QP3 ( 3 lớp liên kết ) Đường kính túi khi

D (m) 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 1.8

Cho tàu nhỏ khi nâng hay hạ thủy QP4 ( 4 lớp liên kết ) Áp dụng cho các tàu lớn hơn

QP5 ( 5 lớp liên kết ) Áp dụng cho các tàu lớn và vừa QG6 ( 6 lớp có khả năng

chịu lực cao ) Cho các tàu và các công trình lớn

4 Phân loại túi khí

Có ba cách phân loại túi khí dùng trong hạ thủy tàu là phân loại theo đường kính, phân loại theo tải trọng tác dụng và phân loại theo áp suất làm việc

a) Phân loại theo đường kính (bảng 2.5)

Bảng 2.5 Phân loại túi khí theo đường kính

b) Phân loại theo tải trọng tác dụng (bảng 2.6)

Bảng 2.6 Phân loại túi khí theo tải trọng tác dụng

hạ thủy tàu cỡ lớn và vận chuyển

các kết cấu có trọng lƣợng lớn

c) Phân loại theo áp suất làm việc

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của túi khí

Khi chiều cao công tác tới

≥ 12.8

2.40

÷ 5.60

5.60

÷ 8.01

≥ 8.01

2.88

÷ 6.73

6.73

÷ 9.62

≥ 9.62

3.36

÷ 7.85

7.85

÷ 11.2

≥ 11.2

3.85

÷ 8.98

8.98

÷ 12.8

≥ 12.8

≥ 10.2

≥ 8.47

≥ 6.84

≥ 5.71

≥ 5.10

Các túi khí do Nhà máy túi khí áp lực Xương Lâm của Trung Quốc sản xuất có chiều dài làm việc L = (5÷18)m, đường kính D = (0.8÷2)m, số lớp bố cao su (3÷6) Tuỳ theo tự trọng mỗi tàu thường nạp khí có áp lực (0.2 ÷ 1.5) KG/cm2

vào túi khí Một số các túi khí có khả năng chịu đựng được tải khá cao như túi khí CL-4 và CL-6,

Chiều cao công tác

5 Lực tác dụng lên vật thể nằm trên túi khí

Lực tác dụng F lên vật thể khi nằm trên túi khí xác định theo công thức chung:

F = P.S.103 KN (2.1) trong đó: P - áp suất dư bên trong túi khí, Mpa

S - diện tích tiếp xúc của vật với túi khí, m2

Do tính chất tự nhiên của túi khí là có thể co giãn, đàn hồi khi tiếp xúc với các

phần khác nhau của vật tải bên trên nên diện tích tiếp xúc cũng thay đổi khi di chuyển

Quá trình làm việc của túi khí được thể hiện qua đường đặc tính kỹ thuật của túi, tức là đồ thị biểu diễn quan hệ áp lực trong túi khí theo chiều cao làm việc của túi khí Hình 2.6 mô tả đường đặc tính kỹ thuật nhận được khi thực nghiệm với túi khí có đường kính 1.5 mét, 6 lớp, áp suất ban đầu là 0.13 Mpa [9]

Hình 2.6 Đường đặc tính kỹ thuật của túi khí

Đường đặc tính của các túi khí sẽ khác nhau khi được nén chậm, tương ứng trường hợp khi nén đẳng nhiệt, hoặc nén nhanh, tương ứng trường hợp nén đẳng áp Trong tính toán thực tế, chúng ta coi quá trình nén các túi khí sẽ là quá trình nén động khi tàu di chuyển xuống nước cùng với túi khí, còn khi túi nâng tàu lên là nén tĩnh

2.2.3 Tời kéo

Hệ thống tời nhằm mục đích khống chế việc di chuyển của con tàu khi hạ thủy, bao gồm tời kéo có tốc độ thấp, cáp thép thuộc loại cáp chuyên dùng cẩu vật nặng và móc kéo cố định ở phần mũi Tốc độ nhả cáp theo tốc độ di chuyển của tàu hạ thủy nên vào khoảng (9 -13) m/phút

2.2.4 Máy nén khí

Trong quá trình hạ thủy, máy nén khí hoạt động liên tục để cung cấp khí nén vào bên trong các túi khí, nhằm duy trì giá trị áp lực ổn định cần thiết ở trong các túi khí

Do đó máy nén khí cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau

- Loại và công suất của máy nén khí phải được lựa chọn theo tổng số lượng các túi khí dùng để hạ thủy, và khoảng thời gian cần để nạp khí và áp suất khí

- Chai gió của máy nén khí nên được lắp cùng với van điều chỉnh giới hạn của

áp lực

- Khi nhiều túi khí đang hoạt động cùng một lúc nên có đường ống phân phối, như vậy mọi túi khí sẽ được bơm đầy khí tại cùng một thời gian

2.2.5 Tàu – Phương tiện

- Các công việc thi công tại khu vực dưới đường mớn nước sẽ phải hoàn thiện, đặc biệt là các thiết bị, van sẽ được lắp đặt lộ thiên dưới đường mớn nước tàu

Việc lắp đặt cần phải được kiểm định

- Tất cả gờ sắc, đường hàn hoặc tương tự dưới đáy tàu hoặc các phần phụ thuộc

cần phải được mài nhẵn

- Tất cả đường hàn tôn vỏ (đặc biệt là đối với tàu đóng mới) phải được kiểm tra

và cho thử kín

- Kích thước cơ bản của tàu phải được đo đạc và vòng tròn đăng kiểm phải

được kiểm tra đạt yêu cầu

- Công việc sơn tôn vỏ phải được hoàn thành

2.3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÖI KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH HẠ THỦY

Phân tích chuyển động của túi để xác định trạng thái tàu tiếp nước lúc hạ thủy Phân biệt hai trường hợp xảy ra là khi túi khí bị biến dạng và không bị biến dạng [7]

2.3.1 Trường hợp túi khí không bị biến dạng

1 Chuyển động lăn của túi khí trên nền triền

Nếu áp lực tác động lên túi khí nhỏ, có thể bỏ qua độ biến dạng của túi khí thì khi xét túi khí có đường kính D lăn trên mặt phẳng nghiêng góc  thì túi khí chịu tác dụng của trọng lượng tàu W theo phương thẳng đứng như đã phân tích trong phần 2.2 Khi đó, quá trình chuyển động lăn của của túi khí trên triền dốc mô tả trên hình 2.7

Hình 2.7 Chuyển động lăn của túi khí trên nền triền

Phân tích lực W thành hai thành phần, gồm thành phần lực nén Q vuông góc với mặt phẳng nghiêng và thành phần lực kéo P song song mặt phẳng nghiêng, đặt tại A Theo quy tắc dời lực, có thể thay thế lực P bằng lực P’ song song cùng chiều với lực P, tạo thành mômen ngẫu lực M = P.D/2 quay xung quanh điểm tiếp xúc I của túi khí với mặt phẳng nghiêng làm túi khí lăn, còn lực P’ bằng với lực gây trượt Fc nói ở phần trên

Để cho túi khí không bị trượt, lực P’ phải có giá trị nhỏ hơn giá trị lực ma sát trượt

P  f.N (2.2) trong đó: f - hệ số ma sát trượt

N - phản lực của nền lên túi khí, bằng với thành phần lực nén Q

Lực P và P’ cùng chiều với lực ma sát nên sẽ tạo ra mômen lăn, làm cho túi khí chuyển động lăn có giá trị tính theo biểu thức:

M = P.D (2.3)

Tại vị trí bề mặt tiếp xúc giữa túi khí với nền triền xuất hiện mômen cản lăn Mc,

tỉ lệ với lực nén Q, hay phản lực pháp tuyến của nền lên túi khí N như sau

Mc = k.N (2.4) với k là hệ số ma sát lăn, có giá trị phụ thuộc vật liệu và trạng thái bề mặt tiếp xúc Như vậy, điều kiện để cho các túi khí lăn không trượt trên nền triền là M < Mc

và ngẫu lực của lực ma sát lăn sẽ xuất hiện khi các túi khí có xu hướng lăn tương đối,

có chiều ngược với chiều lăn và có giá trị tính như sau

Ml  k.N (2.5)

Do hệ số ma sát lăn bé hơn nhiều lần so với hệ số ma sát trượt nên trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua ma sát lăn và có thể diễn tả khả năng chống lăn bằng cách dời song song phản lực pháp tuyến N về phía túi có xu hướng lăn một đoạn như sau

dn =

N

N.kN

2 Chuyển động lăn của túi khí trên đáy tàu khi hạ thủy

Cũng tương tự như quá trình chuyển động lăn của các túi khí trên mặt triền dốc, các túi khí cũng có chuyển động tương đối là lăn trên đáy tàu trong quá trình hạ thủy

Dễ dàng nhận thấy, áp lực nền triền lên túi khí bằng áp lực của tàu tác dụng lên túi khí, tuy nhiên giữa các áp lực này vẫn có sự khác biệt với nhau ở vị trí của bề mặt tiếp xúc Tiếp xúc giữa túi khí với nền triền là tiếp xúc với bề mặt ximăng hoặc cát dầm chặt, còn tiếp xúc của túi khí với thân tàu là tiếp xúc với bề mặt thép có phủ lớp sơn bảo vệ

Do có bề mặt tiếp xúc khác nhau nên hệ số ma sát trượt và ma sát lăn cũng khác nhau,

và do đó chuyển động của các túi khí trên bề mặt các đối tượng trên cũng khác nhau

Có thể túi khí lăn không trượt trên nền triền hạ thủy nhưng lại lăn có trượt trên đáy tàu,

do đó cần nghiên cứu kỹ chuyển động của túi khí ở các trạng thái áp suất khác nhau trong suốt quá trình hạ thủy

Quá trình chuyển động của tàu trên túi khí được mô tả như trên hình 2.8

Hình 2.8 Chuyển động của tàu trên túi khí

Cũng tương tự như điều kiện lăn không trượt của túi khí trên nền triền hạ thủy,

để đảm bảo cho tàu lăn không trượt trên túi khí ta khảo sát túi khí nằm dưới đáy tàu Túi khí chịu tác động của trọng lượng tàu trên mặt phẳng nghiêng, chia thành áp lực N tác dụng vuông góc lên đáy tàu và thành phần lực F theo hướng chuyển động của tàu Giữa túi khí và đáy tàu xuất hiện một lực cản bao gồm lực cản ma sát và lực cản lăn, với lực cản ma sát xác định theo công thức

Fms = f.N (2.8) với f là hệ số lực cản ma sát tại vị trí tiếp xúc giữa túi khí và đáy tàu

Lực F là thành phần trọng lực theo phương chuyển động, phụ thuộc độ dốc triền, triền càng dốc, lực F càng lớn và khi tàu chuyển động có thêm lực quán tính trong F Điều kiện để tàu không trượt trên túi khí là F  Fms và mômen lăn xuất hiện khi tàu

có xu hướng lăn, giữa bề mặt tiếp xúc túi khí với đáy tàu có xuất hiện mômen lăn hướng ngược chiều với hướng lăn của túi khí

Ml = kt.N (2.9) Mômen Ml làm cho túi khí lăn trên đáy tàu chính là mômen của lực ma sát giữa túi khí và nền triền hạ thủy

Ml = Fmsn.d (2.10) Như vậy, điều kiện để túi khí lăn trên đáy tàu là:

M1 + M2                    

2.3.2 Chuyển động của túi khí bị biến dạng

Khi bị biến dạng, các túi khí nằm bên dưới thân tàu sẽ bị xẹp xuống và cũng bị lăn không trượt, nhưng chuyển động của túi khí sẽ bị chậm lại so với vận tốc của tàu Vận tốc lăn của túi phụ thuộc hoàn toàn đường kính còn lại của túi sau khi biến dạng Khi túi khí biến dạng có chiều cao h thì đường kính còn lại của túi khí sẽ là:

H = d - 2h (2.12)

Ta có thể quy đổi chuyển động của túi khí đã bị biến dạng về dạng chuyển động của túi khí không bị biến dạng có đường kính là d - 2h và có chiều cao làm việc là H, Hình 2.9 dưới đây mô tả chuyển động của túi khí sau khi biến dạng và chuyển động tương đương của túi khí sau khi bị biến dạng

Hình 2.9 Mô hình chuyển đổi của túi khí tương đương

2.4 TÍNH TOÁN HẠ THỦY TÀU BẰNG TÖI KHÍ

Ở nước ta hiện vẫn chưa có tài liệu hướng dẫn chính thức hạ thủy bằng túi khí, chủ yếu vẫn tham khảo từ các quy phạm của Trung Quốc [3], gồm các yêu cầu sau

2.4.1 Lựa chọn phương án hạ thủy bằng túi khí

Túi khí có thể được bố trí thành một hàng hay hai hàng như trên hình 2.10

Hình 2.10 Phương án bố trí túi khí dưới đáy tàu 2.4.2 Tính toán lực kéo của máy tời

Xét trường hợp hạ thủy bằng túi khí tàu có chiều dài L, trên triền đà có độ dốc 

như mô tả trên hình 2.11

Hình 2.11 Các phương án hạ thủy tàu bằng túi khí

Căn cứ theo hình 2.11, tính được lực giữ của cáp thép F như sau:

sin (2.13)

F 



cosn

F.k

c

c

(2.14)

trong đó: Fc - lực trượt của tàu, kN

Q - trọng lượng tàu khi hạ thủy, tấn

g - gia tốc trọng trường, m/s2

 - độ dốc đường hạ thủy hay góc nghiêng đà tàu, độ Lấy  = 2o

 - hệ số ma sát giữa túi khí và đà tàu

V - tốc độ di chuyển của tàu, m/s

t - thời gian cần thiết để phanh tời, s

k - hệ số an toàn, k = (1.2 ÷ 1.5)

nc - số lượng cáp thép (số lượng dây tời trong hệ puly kéo tàu)

 - góc lệch giữa dây cáp kéo và đường trượt, độ Lấy   6o

2.4.3 Tính toán, lựa chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí

Quá trình tính chọn số lượng và phương án bố trí túi khí tổng hợp ở bảng 2.9

Bảng 2.9 Bảng tính chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí

Phương án Định nghĩa và tác dụng Đặc điểm bố trí

Loại túi khí Túi khí gồm có ba loại là

thấp áp, trung áp và cao áp

Căn cứ vào trọng lượng tàu hạ thủy để chọn túi khí

Bố trí túi khí Số lượng túi khí căn cứ vào

áp lực trên một đơn vị diện tích

Số lượng túi khí n được xác định theo công thức:

n = k1

RLC

R - tải trọng trên một đơn vị chiều dài của túi khí L (T/m)

Ngoài tổng số túi khí sử dụng n, cần tăng thêm (2 ÷ 4) túi để dự trữ Đường kính và

chiều cao công

tác của túi khí

Chiều cao công tác là chiều cao thực tế sau khi bị nén áp lực

Đường kính của túi khí D (m) được tính theo công thức :

Khoảng cách

túi khí

Khoảng cách túi khí là khoảng cách đo theo đường tâm giữa hai túi khí kế cận nhau

Thông thường, khoảng cách giữa các túi khí được lấy bằng (1.5 – 2.5) D (D - đường kính túi khí, m)

Phần mũi tàu, khoảng cách này lớn, phần đuôi tàu khoảng cách này nhỏ