Nghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạn

Nghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạnNghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐÓNG TÀU

THUYẾT MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA TÀU KHI MẮC CẠN

Chủ nhiệm đề tài: ĐỒNG ĐỨC TUẤN

Hải Phòng, tháng 5 năm 2016

Trang 1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 3

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 3

3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu 4

5 Kết quả đạt được của đề tài 4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẮC CẠN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU GẶP MẮC CẠN 6

1.1 Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn [3][4] 6

1.2 Cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn [1] 7

CHƯƠNG 2 : ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHI TÀU BỊ MẮC CẠN 12

2.1 Các thông số cơ bản của tàu 12

2.2 Tính toán phản lực khi tàu bị mắc cạn 14

CHƯƠNG 3 CÁC BIỆN PHÁP CẦN THỰC HIỆN KHI TÀU GẶP MẮC CẠN 16

3.1 Các giải pháp sau khi bị cạn [3] 16

3.2 Tính toán lượng nước vào tàu và lưu lượng cần thiết [3] 18

3.3 Tính lượng nước vào tàu 19

3.4 Tính lực tác dụng của tàu lên nền đất và xác định lực kéo để thoát cạn [3] 19

3.5 Phương pháp cố định khi tàu mắc cạn [3] 21

3.6 Tìm phương án thoát cạn [3] 22

3.7 Sau khi thoát cạn [3] 24

KẾT LUẬN 26

Trang 2

1 Kết luận 26

2 Hướng phát triển của đề tài 26TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

Trang 3

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Ổn định là một trong những tính năng quan trọng, đóng vai trò đảm bảo an toàn trong suốt quá trình khai thác của con tàu Tính ổn định được định nghĩa là:

“Khả năng trở lại vị trí cân bằng ban đầu của tàu thủy khi ngoại lực gây nghiêng ngừng tác dụng” Ngoại lực gây nghiêng ở đây bao gồm nhiều yếu tố

như sóng, gió, dòng chảy, hiện tượng đâm va, quá trình bốc xếp hàng hóa Tất

cả các yếu tố gây nghiêng trên đều ảnh hưởng tới tính ổn định của tàu và gây nguy hiểm cho tàu Trong đề tài nghiên cứu khoa học này, yếu tố ngoại lực được nghiên cứu tới đó là do hiện tượng tàu bị mắc cạn Đây là trường hợp tai nạn để lại hậu quả và thiệt hại nghiêm trọng trong quá trình khai thác tàu

Các tính năng của tàu trong đó có tính ổn định đã được nghiên cứu rất kĩ lưỡng trong các môn học lý thuyết tàu Đối với trường hợp tàu thủy gặp đâm va hoặc mắc cạn thì tính ổn định và tư thế của tàu sẽ bị thay đổi, tính an toàn của tàu bị

đe dọa Yêu cầu tính toán ổn định cho tàu khi gặp mắc cạn là hết sức cần thiết, không chỉ dừng ở việc tính toán, phương pháp cứu hộ cho tàu cũng phải được đưa ra để giúp cho tàu thoát khỏi tình trạng nguy hiểm

Để có một tài liệu nghiên cứu tổng quan về mặt lý thuyết, có áp dụng ví dụ tính toán và đưa ra phương án cứu hộ tàu khi mắc cạn là một việc hết sức cần thiết Chính vì vậy, đề tài sẽ đánh giá tính ổn định khi tàu bị mắc cạn và đưa ra những chỉ dẫn để người điều khiển tàu có thể áp dụng và xử lý một cách thích hợp

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Bài toán ổn định khi tàu mắc cạn đã được nghiên cứu trong nhiều đề tài trong và ngoài nước Các giáo trình và tài liệu tham khảo cũng đã chỉ ra hướng giải quyết cho bài toán này Kết quả của những công trình nghiên cứu này đã được ứng dụng vào quá trình thực tiễn khai thác tàu thủy

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là những tàu chở hàng gặp trường hợp mắc cạn giả định

4 Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu:

Đề tài sử dụng phương pháp lý thuyết để nghiên cứu, có sự hỗ trợ của module AUTOHYDRO để tính toán

Kết cấu của công trình nghiên cứu:

Đề tài gồm 3 chương chính

Chương 1 Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn, cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn

Chương 2 Áp dụng tính toán khi tàu bị mắc cạn

Chương 3 Các biện pháp cần thực hiện khi tàu gặp mắc cạn

5 Kết quả đạt được của đề tài

Dự kiến kết quả nghiên cứu

Đề tài đưa ra cơ sở lý thuyết, ví dụ áp dụng và đưa ra biện pháp cứu hộ khi tàu gặp đâm va hoặc mắc cạn

Đối tượng phục vụ và nơi ứng dụng của đề tài

Trang 5 Các kĩ sư thiết kế tàu, các sĩ quan vận hành, khai thác tàu và các sinh viên thuộc chuyên ngành thiết kế tàu và công trình ngoài khơi

Trang 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẮC CẠN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU

GẶP MẮC CẠN

1.1 Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn [3][4]

Trong quá trình khai thác tàu thủy, có nhiều nguyên nhân dẫn tới hiện tượng mắc cạn đối với con tàu Các nguyên nhân này chủ yếu là do yếu tố con người, tức là việc khai thác con tàu chưa hợp lý gây nên, những nguyên nhân đó là: Chưa tìm hiểu điều kiện của vùng hoạt động của tàu, đường đi của con tàu được vạch ra thiếu sự xem xét, tìm hiểu kĩ lưỡng

Không tìm hiểu rõ ràng các ấn phẩm hàng hải và không tu chỉnh hải đồ, không tìm hiểu những sự thay đổi của tuyến đường hành hải

Chưa chuyên nghiệp trong việc tác nghiệp hải đồ, chưa xác định vị trí khác thác một cách cẩn thận, chủ quan định vị vị trí theo kinh nghiệm, thói quen dẫn tới sự sai sót trong quá trình hành hải

Có sự sai sót khi quan sát và đo đạc dẫn tới nhầm lẫn nhiều đối tượng như hải đăng, phao báo hiệu hay mỏm núi, các vật trôi nổi

Điều khiển tàu một cách bất cẩn, quá tin tưởng vào các vật báo hiệu dẫn tới sai sót không đáng có

Chưa tuân thủ nghiêm ngặt các thao tác, chuyển ca một cách qua loa đại khái, chưa kiểm tra vị trí cụ thể cho tàu, chưa xác định rõ hiện trạng lúc tiếp nhận ca trực của mình

Chưa tìm hiểu kỹ khi tàu di chuyển qua các vùng mới lạ, sự xuất hiện của nhiều dòng chảy mới, chưa sử dụng các phương pháp, giải pháp án toàn khi di chuyển gần các khu vực này

Chưa tìm hiểu rõ ràng các sai số của các trang thiết bị trên tàu như máy đo sâu, các loại la bàn,

Trang 7

Quá dựa dẫm vào các trang thiết bị báo hiệu như rada khi qua vùng có tầm nhìn hạn chế, có nhiều sương mù, chuyển hướng chuyển động và thực hiện tránh va không đảm bảo an toàn

Có sự sai sót, nhầm lẫn trong việc xác định tốc độ của dòng chảy, hướng của dòng chảy cũng như thủy triều

Neo tàu tại khu vực không hợp lý, diện tích khu vực quay trở tàu quá nhỏ

Luồng quá hẹp so với kích thước của tàu, ảnh hưởng tới quá trình quay trợ của con tàu

Chưa kiểm tra liên tục trong quá trình tàu neo đậu, để tàu bò neo, không xử lý kịp thời và chính xác

Người điều khiển tàu chưa hiểu rõ tính ăn lái của tàu khi điều động, chưa nắm rõ tính chất của gió và dòng chảy tại khu vực dẫn tới việc mất chủ động trong quá trình điều động con tàu

Người chỉ đạo ra mệnh lệnh điều khiển tàu sai, không kịp phát hiện để sửa chữa Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác dẫn tới sự sai sót làm tàu mắc cạn

1.2 Cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn [1]

Hiện tượng tàu thủy bị mắc cạn trong quá trình khai thác là một trong những hiện tượng tai nạn phổ biến nhất, mắc cạn chiếm tới 30% tổng số các vụ tai nạn của tàu Khi mắc cạn, tư thế của tàu bị ảnh hưởng nghiêm trọng và đe dọa tới tính an toàn của con tàu Sự thay đổi tư thế do mắc cạn có thể do đâm vào đá ngầm, bị đắm cháy, tuy nhiên ta chỉ xét tới việc tàu thủy bị mắc cạn trên nền đất Khi gặp trường hợp này, ta cần có phương án dằn để cứu hộ tàu một cách cần thiết và thỏa đáng

Khi tàu thủy bị mắc cạn cần phải xét đến hiện tượng lên xuống của thủy triều, ảnh hưởng rất lớn đến tàu, hiện tượng này làm thay đổi chiều chìm và tư thế tàu,

có thể làm lật tàu hoặc gãy thân tàu Nhằm hạn chế tác hại do hiện tượng này gây nên, người lái tàu cần xem xét tới các tính toán để đưa tàu ra khỏi vùng

Trang 8

nguy hiểm này, xác định rõ khối lượng cần chuyển ra khỏi tàu để tàu có thể nổi lên Ngoài ra lượng nước tràn vào khoang tàu ở giai đoạn cuối cùng khi tàu bị thủng cũng cần phải xác định

Ta xét trường hợp đầu tiên đó là tàu không bị thủng khoang để xem xét tư thế của tàu Ở trường hợp này, có thể coi đáy tàu tiếp xúc với đáy với một diện tích tương đối nhỏ, phản lực của đáy với nền đất coi như được tập trung tại điểm M

Để tìm được giá trị của phản lực đáy nền R ta cần phải biết được lượng nước thải ra tàu, lực này tỷ lệ với sự thay đổi chiều chìm trung bình của tàu khi nằm

trên nền đất Theo định luật Archimedes

.δ ,

W

RA d (1)

Trong đó: A W – diện tích đường nước ở chiều chìm mới của tàu(d  δ 2).d

Tọa độ của điểm tiếp xúc với đáy nền – điểm M, có thể tìm được từ công thức

Trang 9

Hình 1 Tư thế của tàu khi bị mắc cạn

Phản lực do nền đất tác dụng lên đáy tàu R cân bằng với trọng lượng mà hàng hóa cần phải dỡ ra khỏi tàu Ta coi trọng lượng này đặt tại điểm M Do vậy xuất hiện sự giảm chiều cao tâm nghiêng ban đầu, lượng giảm được tính theo công thức sau: δGM    R  Rd δ 2d GM.

Để giảm được độ lớn của phản lực này, ta có thể lợi dụng thủy triều lên hoặc di chuyển hàng hóa trong quá trình bốc hàng trên tàu Sự dịch chuyển hàng cần thực hiện về hướng ngược với vị trí mà điểm M xuất hiện Khi đó sẽ giảm được

độ chúi do tàu mắc cạn gây nên

Ta sẽ xét sự thay đổi chiều chìm khi tàu bị mắc cạn và tìm giá trị phản lực ở đáy

khi ta dỡ khối hàng tạ điểm có hoành độ x CG Trường hợp này thì phương trình

mô men đối với điểm M có tính đến góc chúi nhỏ sẽ như sau:

Trang 10

Trong đó:

S – Sự thay đổi góc chúi khi dỡ khối hàng m;

XCF – là hoành độ trọng tâm diện tích đường nước tác dụng khi tàu nằm trên cạn

Số hạng thứ hai ở vế phải của phương trình trên tính đến sự quay của tàu không

qua điểm có hoành độ X CF mà quay quanh điểm có hoành độ x M

Sự thay đổi của phản lực đế kê đáy tàu khi mắc cạn δR sau khi dỡ hàng được xác định có tính đến sự thải ra thể tích nước phụ δ  A Wx M X CFδS là:

ở vị trí đầu tiên của nó đặt ở mút

Công thức (2.65) cho phép đánh giá khả năng tàu tự nổi lên khỏi bị cạn, khi

đó cần thiết để RδR0

Hiện tượng đổ có thể xuất hiện trong tình trạng mắc cạn Do hiện tượng tổn thất

ổn định, hông tàu bị tác động mạnh có thể làm gãy tàu Nếu mực nước biển thay đổi đến giá trị dM (khi thủy triều lên δd M  0, còn khi thủy triều xuống

δd M  0), thì chiều chìm của tàu trong vùng chứa điểm M cũng thay đổi đến giá

trị này Ngoài ra tư thế tàu cũng bị thay đổi Phản lực R cũng giảm, lực này tỷ lệ với lượng nước thải ra khỏi tàu, được tính bằng tích số giữa diện tích đường ước với biến lượng thay đổi chiều chìm ở vùng chứa trọng tâm diện tích đường nước

mà ta đang xét

δR M  A W δd M  X CF x M δM. (6) Trong đó:

Trang 12

CHƯƠNG 2: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHI TÀU BỊ MẮC CẠN

2.1 Các thông số cơ bản của tàu

Floating Status

TCG (m)

VCG (m)

TCG (m)

VCG (m)

Displacer Status

(MT)

LCB (m)

TCB (m)

VCB (m)

Eff /Perm

Trang 13

NOTE: Coefficients are based on L: 80.000 m B: 13.740 m

Hull Data (with appendages)

Waterplane: 744.792 m 2 Wetted Surface: 1002.002 m 2

Under Water Lateral Plane: 220.102 m 2 Above Water Lateral Plane: 476.667 m 2

CENTROIDS (Meters)

Buoyancy: LCB = 1.173 aft TCB =0.000 stbd VCB = 1.646

Flotation: LCF = 1.342 aft

Under Water LP: 0.629 aft of Origin, 1.460 below waterline.

Above Water LP: 0.743 aft of Origin, 3.673 above waterline.

Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m

Hull Data (with appendages)

Curves of For m (w ith appendages )

Coefficient

d r a f t m

3.0 3.5 4.0 4.5

5.0 Prismatic(Cp)

Waterplane: 830.464 m 2 Wetted Surface: 1196.321 m 2

Under Water Lateral Plane: 298.299 m 2 Above Water Lateral Plane: 398.470 m 2

CENTROIDS (Meters)

Buoyancy: LCB = 1.366 aft TCB =0.000 stbd VCB = 2.211

Flotation: LCF = 2.322 aft

Under Water LP: 0.645 aft of Origin, 1.946 below waterline.

Above Water LP: 0.753 aft of Origin, 3.294 above waterline.

Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m

Hull Data (with appendages)

Waterplane: 911.247 m 2 Wetted Surface: 1395.104 m 2

Under Water Lateral Plane: 379.848 m 2 Above Water Lateral Plane: 316.921 m 2

CENTROIDS (Meters)

Buoyancy: LCB = 1.728 aft TCB =0.000 stbd VCB = 2.789

Flotation: LCF = 3.106 aft

Under Water LP: 0.629 aft of Origin, 2.418 below waterline.

Above Water LP: 0.800 aft of Origin, 3.010 above waterline.

Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m

2.2 Tính toán phản lực khi tàu bị mắc cạn

Giả sử khi tàu bị mắc cạn, ta đo được chiều chìm mũi, chiều chìm lái của tàu là:

TCG (m)

VCG (m)

Độ lớn lực tác dụng: R = 227.06 kN

Hoành độ điểm tác dụng: LCG (M) = 31.492

Cao độ điểm tác dụng: TCG (M) = 0 (do phản lực xuất hiện ở đáy tàu)

Tung độ điểm tác dụng: TCG (M) = 0 (Không xét tới góc nghiêng của tàu)

Trang 16

CHƯƠNG 3 CÁC BIỆN PHÁP CẦN THỰC HIỆN KHI TÀU GẶP MẮC CẠN

3.1 Các giải pháp sau khi bị cạn [3]

Ngay sau khi tàu bị mắc cạn, người khai thác tàu cần xác định vị trí của tàu hiện tại cũng như thời gian gặp nạn Tìm hiểu kĩ lưỡng thủy triều, dọng chảy cũng như các hiện tượng khí tượng thủy văn tại khu vực đó

Dùng dây đo độ sâu để xác định độ sâu ở vùng mà tàu mắc cạn, nắm rõ tính chất của nền đáy tại khu vực xung quan tàu, xác định khu vực thân tàu bị mắc cạn và mức độ của nó Cần phải xác định và kiểm tra rõ ràng bên trong thân tàu, xem

có bị thủng đáy hay không để đề ra phương án bơm rút nước cũng như bịt lỗ thủng nếu có Căn cứ vào tình trạng cụ thể mà đưa ra những giải pháp giúp tàu nổi nền nhằm thoát cạn Thông báo ngay với các cơ quan chức năng có liên quan như chủ tàu, cơ quan bảo hiểm, liên tục liên lạc với các cơ quan này để có được chỉ thị

Nếu thân tàu chỉ chạm đáy một thời gian ngắn sau đó lại có khả năng nổi lên bình thường, không có hiện tượng bất thường nào khác thì người khai thác tàu cần phải làm những việc sau:

Viết kháng nghị hàng hải, ghi vào nhật ký hàng hài, nhật kí máy tàu, sau khi tàu cập bến thì phải trình để lấy chứng nhận

Xem xét để thuê thợ lặn kiểm tra tàu, các phần nhô của thân tàu như thiết bị lái, thiết bị đẩy, kháng nghị hàng hải cần phải nêu rõ các báo cáo của thợ lặn về tình trạng của đáy tàu cũng như bánh lái và chong chóng

Treo các trang thiết bị phòng tránh va chạm

Báo cáo tình trạng của tàu khai thác về công ty quản lý để xin ý kiến xử lý ’

Đo các két nước dằn, két la canh ở trên tàu, kiểm tra tình trạng hư hỏng xuất hiện trên thân tàu, xác định xem tàu có bị tràn nước hay không Cần phải liên

Cách xác định vị trí tàu mắc cạn và độ mắc cạn của tàu:

Khi tàu bị mắc cạn, người khai thác tàu cần đo độ sâu hai bên mạn tàu và so sánh giá trị nhằm xác định sơ bộ vị trí bị mắc cạn dưới đáy tàu của mình Nếu cần thiết, ta cần dùng dây thừng luồn qua đáy tàu qua hai bên mạn, sau đó kéo dây này từ vị trí mũi tàu về đuôi tàu Làm thao tác ngược lại để có thể xác định

rõ được vị trí tàu bị mắc cạn Muốn xác định độ nằm trên cạn thì ta có thể xác định chiều chìm thực tế của tàu để so sánh với mớn nước tàu khi tàu bị mắc cạn, lưu ý phải khấu trừ lượng thay đổi mớn nước do tiêu hao trong quá trình khai thác tàu

Sau khi đo độ sâu thì cần xác định chất đáy cũng như địa hình của nó, xác định các vị trí xung quanh để tìm ra hướng thoát cạn hợp lý Nếu có thể, sử dụng xuống để đo sâu ra khu vực hai bên mạn tàu, để xác định địa hình đáy biển nơi

mà tàu gặp nạn nhằm xác định phương án thoát cạn hợp lý

Lưu ý rằng vị trí mắc cạn của tàu có thể bị thay đổi, nếu sự thay đổi này gây bất lợi cho tàu thì ta cần dùng neo để ngăn sự thay đổi này Nếu gặp bão gió thì phải chuẩn bị cho nước vào các két đáy để dằn tàu và giảm thấp cao độ trọng tâm Yêu cầu máy trưởng liên tục kiểm tra tình trạng của máy chính

Quan sát liên tục diễn biến của thời tiết

Tính toán sự tổn thất lực nổi để tìm giải pháp thoát cạn, tính toán lượng nước tràn vào hầm, két bị thủng, biến đổi của tính ổn định và sự thay đổi mớn nước Xác định lực kéo cần để giúp tàu có thể thoát cạn, thời gian thủy triều cao thấp,